岩体应力应变曲线的围压及孔压效应和降雨触发滑坡的机制分析

从宏观分析与微观机制方面探讨了围压、孔隙水压力对岩体应力应变曲线峰后特性即脆－延性转变的影响。定义了一个峰后破坏割线模量 来表征孔隙水压力对岩体应力应变曲线转型的影响,并结合斜坡失稳的刚度判据,进一步分析了孔隙水压力对应力应变曲线峰后斜率的影响,随孔隙水压力的增加,峰后曲线斜率变陡,峰后刚度增大,即材料的均匀性、脆性增大与刚度比k减小。因此在围压等外界环境因素及系统内部条件不变时,刚度比 时就存在一个临界孔隙水压力 ,也就是说降雨等涨落因素引起滑面介质中的孔隙水压力大于这个临界值时斜坡就易于发生突变失稳。从而进一步加深认识了降雨等外部涨落因素对斜坡系统失稳的重要触发作用。     

地下水作用下斜坡燕尾突模型研究

考虑滑面介质和上部岩体由不同力学性质的材料组成,上部岩体为弹性介质,滑带介质为应变软化介质。对应变软化介质,存在损伤软化与水致软化两种软化方式。用Weibull分布描述滑带介质的剪应力与应变关系,建立了斜坡系统的燕尾突变模型。通过分析,发现斜坡失稳与刚度比和滑带介质的含水率具有极大关联性。随着含水率的增加,斜坡开始滑动时的ξ0值不断降低,突跳时ξ*值也随着降低。此时的临界值x*增大,突跳量△x变小。同时含水率的不断增加,上部岩体和滑带介质的刚度比不断增大。刚度比的增大和含水率的增加引起的斜坡变形具有相似的规律。因此,正是由于含水率的增加和刚度比的增大,导致斜坡失稳的危险性增大,这也是降雨情况下斜坡容易失稳的根本原因所在。     

循环剪切荷载作用下软土的力学性状研究

利用从现场取得的原状土样,通过室内动三轴试验对循环荷载作用下的变形、孔压和强度特性进行研究。试验研究主要考虑了周围固结压力、循环剪切应力比、荷载频率和循环次数等因素的影响。研究表明,在循环荷载作用下,孔隙水压力和轴向应变均是一个波动上升的过程。当循环应力比增大时,动孔隙水压力变化幅值显著增加,而残余孔压也较大。同时,孔隙水压力值也随着周围压力的增大而明显增大。当作用荷载频率比较大时,需要更多的循环次数才能达到小频率作用荷载能达到的孔隙水压力值。但是,随着循环荷载作用次数的增加,频率对孔隙水压力的影响有减小的趋势。     

基于孔隙水压力变化的三峡库区盐关滑坡破坏机制分析

2017年10月30日,位于秭归县归州镇香溪河右岸的盐关滑坡发生整体滑移破坏,成为近年来三峡库区为数不多的整体破坏变形的滑坡之一。根据现场应急调查,滑坡在不到3天的时间内经历了预警直至完全破坏的过程。本文以盐关滑坡为实例,根据滑坡失稳破坏特征结合有效应力原理提出了孔隙水压力变化速率条件下滑坡失稳破坏的模式,分析出滑坡体内的孔隙水压力对滑坡破坏的影响,最后通过有限元模拟软件予以验证。利用Geo-Studio岩土仿真软件SEEP/W模块模拟盐关滑坡在降雨入渗作用下的渗流场,结合滑坡变形期直至破坏时的实际库水位值计算出孔隙水压力随时间变化曲线,并且将所得结果应用到Slope/W模块,计算出滑坡的安全系数随时间的变化曲线,从而验证出滑坡失稳破坏的主要原因是滑坡内部土体在降雨和库水位的作用下达到饱和后,孔隙水压力激增所导致的。     

不同应力路径下饱和重塑黄土的力学特性

土体的力学特性往往因应力状态和应力路径而异。为了探讨垂直加载和等剪路径下饱和土的力学特性,制备饱和重塑黄土试样,通过固结不排水（CU）和常剪应力排水剪（CSD）三轴试验,分别测定并绘制其应力-应变曲线、孔隙水压力变化曲线和应力路径曲线。试验结果表明,饱和重塑黄土在2种路径下有明显不同的变形特点:CU路径下的应力-应变曲线皆呈弱软化型,孔隙水压力先快速上升后逐渐趋于稳定;CSD路径下维持偏应力为一常量,施加孔隙水压力后的很长时间内试样变形很小,当孔隙水压力增大至试验围压的60%~75%时,试样迅速破坏。CSD路径无偏应力峰值,文中根据轴应变随平均有效应力变化曲线定义了等效峰值破坏线。通过对比发现,2种路径下饱和重塑黄土的有效峰值强度指标差异明显,而有效残余强度指标相近,表明有效残余强度指标是重塑黄土内在属性,受应力路径的影响不大。该研究结果可为实际工程选取正确的应力路径试验提供参考。     

海堤下软基超孔隙水压力值的修正方法

当潮位的涨落引起上部堆载容重变化时，海堤下软基的超孔隙水压力将随潮位呈周期性变化．为了解软基的固结情况，必须对现场测试到的总孔隙水压力值减去静水压力后再进行潮位修正，即把任意时间任一潮位测得的超孔降水压力值修正到一个指定的同一潮位上，这样才能得到一个有规律性的观测曲线．本文提出了一种实用的修正方法，并在连云港庙岭围堰软基工程中应用，结果令人满意。     

斜坡失稳的燕尾突变模型

文章对一个平面滑动型斜坡,考虑滑面介质有和上部岩体由不同力学性质的材料组成,上部岩体为弹性介质,滑带介质为应变软化介质。对应变软化介质,用W e ibu ll分布描述滑带介质的剪应力与应变关系,建立了斜坡系统的燕尾突变模型。通过分析,发现斜坡失稳与刚度比具有极大关联性。随着刚度比的增大,斜坡开始滑动时的0值降低不断降低,突跳时*值也随着降低。此时的临界值x*增大,突跳量x变小。当刚度比增加到一定程度后,会出现无突跳式的滑动。     

降雨诱发填方路堤边坡变形机制物理模拟研究

填方路堤变形失稳是西部山区工程建设的常见问题。重庆某高速公路边坡为典型的堆载条件下降雨诱发型滑坡,填方堆载后,填方边坡在连续降雨条件下,沿基岩之上的软弱面产生滑动破坏。定性分析认为,降雨在滑坡形成中起着关键作用,为了研究填方边坡在降雨条件下的变形破坏机制及孔隙水压力与变形之间的关系,采用物理模拟方法研究边坡变形失稳的全过程,分析孔隙水压力随降雨时间的变化规律及其与变形破坏的关系。研究结果表明：边坡后缘大方量堆载,改变了其应力条件,是滑坡产生的主要因素。场地施工改变了原有的地表水环境,连续强降雨致使大量下渗的雨水,不仅显著改变坡体应力条件,而且雨水沿着滑面运移软化滑带,是滑坡产生的重要诱发因素。孔隙水压力在坡体失稳过程中起着关键作用,填方体土碎屑、泥质含量大,下渗的雨水携带上部细小颗粒及滑带泥质成分至滑带附近,堵塞地下水消散通道,表现为坡体变形积累,孔隙水压力增加;边坡变形陡增,孔隙水压力降低。该滑坡破坏分为降雨下渗、滑带饱水软化、后缘产生裂缝、裂缝贯通-整体滑动4个阶段,为蠕滑-拉裂式滑坡。     

孔隙水压力的变化与滑坡速度的关系

为了研究滑坡运动产生的孔隙水压力与运动速度的关系,建立了滑体饱和状态下的无限斜坡模型,结合有效应力原理以及剪切滑带处的土体运动定律,推导出滑坡运动速度v、滑带处的孔隙水压力uw以及滑坡运动时间t三者之间的解析表达式。并以三峡库区三舟溪滑坡为例,运用MATLAB编程计算得到三舟溪滑坡的v(t)-uw(t)之间的关系曲线。分析曲线得出:若滑坡保持某一速度v匀速运动时,由于土体排水固结作用,运动变形产生的孔隙水压力增量及时得到消散;在滑坡加速运动的过程中,孔隙水压力值随着加速度增大而增大,当孔隙水压力的增长速率超过土体的固结排水速率时,孔隙水压力大大削减了土体的抗剪强度,加速了滑坡的破坏。     

基于裂隙岩样的多组贯穿裂隙岩体峰后应力-应变曲线研究

在岩土工程中,裂隙岩体经常处于峰后变形状态,研究裂隙岩体的峰后应力-应变关系对预测结构的稳定性有重要意义。基于峰后软化阶段强度参数的逐渐演化行为,首先提出一个求岩石峰后应力-应变关系和裂隙峰后应力-切向位移关系的一般方法。然后采用摩尔-库仑强度准则,以岩石的最大主应变和裂隙的切向位移作为软化参数,假设强度参数为软化参数的分段线性函数,分岩体沿裂隙滑移破坏和沿岩石剪切破坏两种情况,提出多组贯穿裂隙岩体峰后应力-应变关系式的求法。最后,在算例中,分岩体沿裂隙滑移破坏和沿岩石剪切破坏两种情况给出了裂隙岩体的峰后应力-应变曲线,讨论了裂隙的平均间距、法向刚度和剪切刚度对峰后应变的影响。结果表明,裂隙的平均间距、法向刚度和剪切刚度越小,裂隙岩体的轴向应变越大。     

三种红层岩石常规三轴压缩下的强度与变形特性研究

利用MTS815Teststar程控伺服岩石力学试验系统研究了川东地区一红层边坡中的砂岩、粉砂岩和泥岩围压为03MPa的应力-应变全过程曲线,建立了峰值强度、峰值强度前弹性模量以及峰值强度后的弹性模量和围压的关系。将低围压下红层的全应力-应变曲线概化成5个阶段,分别为压密段、弹性段、屈服段、应变软化段和塑性流动阶段。试验结果得出,红层弹性模量随围压的增加而提高且变化明显,砂岩和粉砂岩在此围压内为脆性破坏,泥岩为塑性破坏的规律。     

非饱和-非稳定渗流条件下的边坡临界滑动场

受季节性降雨或水库运行的影响,岸坡外水位及坡内孔隙水压力场的变化较大,不利于岸坡的稳定性。在水位变化过程中,利用非饱和-非稳定渗流有限元计算得到孔隙水压力场,基于非饱和土的渗流和抗剪强度理论,对水位变化过程中的边坡临界滑动场法进行改进,提出可考虑水位变化与岸坡非饱和-非稳定渗流过程的边坡临界滑动场数值模拟方法。将改进后的水位变化过程中的边坡临界滑动场法分别应用于黏土、粉土岸坡在水位升降过程中的稳定性分析,研究了水位升降速率及基质吸力对岸坡稳定性的影响,并揭示了边坡在水位变化过程中的稳定性变化历程。研究表明,该方法计算结果合理、可靠,更适用于涉水边坡的稳定性计算,且岸坡稳定性变化历程受水位升降速率、基质吸力等多种因素共同影响,只有在考虑非稳定渗流的基础上同时考虑基质吸力的作用才能正确得出水位变化过程中岸坡稳定性变化规律和实质。     

不同温度及排水条件下高温冻土孔隙水压力试验研究

在荷载的作用下孔隙水压力的消散是揭示冻土整体变形机理的关键,为了研究高温冻土中孔隙水压力变化规律,在不同温度、不同排水条件下,对高温冻土开展了压缩固结试验,并监测其在-1℃、-0.5℃和-0.3℃的条件下孔隙水压力及位移变化情况。结果表明：温度对孔压、变形有较大影响,温度越高,土体的变形速率越大,孔隙水压力峰值越大,消散速率也越快;而温度相同时,排水条件下的孔压峰值比不排水条件下的低,位移比不排水条件下的大;从试验结果中可以认识到,孔隙水压力在受骨架挤压增大的同时也在缓慢消散。     

不同固结条件下尾矿动孔压演化规律

地震作用下尾矿坝有液化失稳的危险,尾矿动孔压的演化规律可以间接体现其液化过程。为研究尾矿动孔压的演化规律,开展了一系列的动三轴试验。结果表明：尾矿动孔压演化具有明显的阶段性,在等压固结时可用S形反正弦函数曲线描述,在偏压固结时可用J形指数函数曲线描述;尾矿材料在等压固结条件下临界孔压接近于围压,在偏压固结条件下临界孔压小于围压,且随围压及固结应力比的增大而减小,随尾矿平均粒径的增大而增大。基于极限平衡理论推导了等压固结和偏压固结条件下的临界孔隙水压力方程,从理论上阐释了试验结果所揭示的动孔压演化规律,可以为地震区上游式尾矿坝的抗震设计提供参考。     

高围压下冻结粘土的抗压强度试验研究

以取自华东某地的深部粘土为研究对象,根据室内单轴和三轴压缩试验的试验结果,分析了高围压下冻结粘土的应力-应变行为与单轴压缩条件下应力-应变行为的异同,并讨论了围压和温度对冻结粘土强度的作用.     

原状膨胀土剪切力学特性的应变速率效应

为研究应变速率对原状膨胀土力学性状的影响,通过GDS三轴试验系统进行了不同速率和围压下的固结不排水三轴剪切试验,分析了应力−应变曲线、孔隙水压力、剪切强度以及破坏模式随应变速率的变化规律。结果表明：不同应变速率下,膨胀土应力−应变曲线均呈应变硬化型。随着应变速率的增加,不排水剪切强度单调递增,引入应变速率参数ρ_0.9后发现,不排水强度增长率为14.3%～23.2%,平均值为18.4%。低围压下,应变速率对孔隙水压力影响较小,随着围压的增大,孔隙水压力的发展趋势由软化型转变为硬化型,孔隙水压力峰值随应变速率的增大而减小。原状膨胀土应变速率效应与其多裂隙性密切相关,破坏形式表现为小应变速率下主剪切带与次剪切带共存,大应变速率下仅有主剪切带,裂隙或多剪切带的出现强化了膨胀土强度的应变速率效应。     

降水预压软基处理技术中孔隙水压力效应研究

降水预压是通过降低地下水位而加固软土地基的一种软基处理技术。这项处理技术的中孔压变化与堆载预压的孔压变化有所不同, 它是在通过降水减小静水压力增大有效正应力, 从而使土体固结沉降。通过上海浦东某工程降水预压试验的孔压测试, 本文分析了降水预压加固软土地基原理及孔隙水压力效应。     

Prediction of pore-water pressure response to rainfall using support vector regression

Nonlinear complex behavior of pore-water pressure responses to rainfall was modelled using support vector regression (SVR). Pore-water pressure can rise to disturbing levels that may result in slope failure during or after rainfall. Traditionally, monitoring slope pore-water pressure responses to rainfall is tedious and expensive, in that the slope must be instrumented with necessary monitors. Data on rainfall and corresponding responses of pore-water pressure were collected from such a monitoring program at a slope site in Malaysia and used to develop SVR models to predict pore-water pressure fluctuations. Three models, based on their different input configurations, were developed. SVR optimum meta-parameters were obtained using k-fold cross validation and a grid search. Model type 3 was adjudged the best among the models and was used to predict three other points on the slope. For each point, lag intervals of 30 min, 1 h and 2 h were used to make the predictions. The SVR model predictions were compared with predictions made by an artificial neural network model; overall, the SVR model showed slightly better results. Uncertainty quantification analysis was also performed for further model assessment. The uncertainty components were found to be low and tolerable, with d-factor of 0.14 and 74 % of observed data falling within the 95 % confidence bound. The study demonstrated that the SVR model is effective in providing an accurate and quick means of obtaining pore-water pressure response, which may be vital in systems where response information is urgently needed.     

Machine learning for pore-water pressure time-series prediction: Application of recurrent neural networks

Knowledge of pore-water pressure(PWP)variation is fundamental for slope stability.A precise prediction of PWP is difficult due to complex physical mechanisms and in situ natural variability.To explore the applicability and advantages of recurrent neural networks(RNNs)on PWP prediction,three variants of RNNs,i.e.,standard RNN,long short-term memory(LSTM)and gated recurrent unit(GRU)are adopted and compared with a traditional static artificial neural network(ANN),i.e.,multi-layer perceptron(MLP).Measurements of rainfall and PWP of representative piezometers from a fully instrumented natural slope in Hong Kong are used to establish the prediction models.The coefficient of determination(R^2)and root mean square error(RMSE)are used for model evaluations.The influence of input time series length on the model performance is investigated.The results reveal that MLP can provide acceptable performance but is not robust.The uncertainty bounds of RMSE of the MLP model range from 0.24 kPa to 1.12 k Pa for the selected two piezometers.The standard RNN can perform better but the robustness is slightly affected when there are significant time lags between PWP changes and rainfall.The GRU and LSTM models can provide more precise and robust predictions than the standard RNN.The effects of the hidden layer structure and the dropout technique are investigated.The single-layer GRU is accurate enough for PWP prediction,whereas a double-layer GRU brings extra time cost with little accuracy improvement.The dropout technique is essential to overfitting prevention and improvement of accuracy.