強(qiáng)降雨條件下土質(zhì)邊坡瞬態(tài)穩(wěn)定性分析

文章基于飽和、非飽和滲流理論及強(qiáng)度折減法,分析了降雨入滲條件下非飽和土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性,研究了4種降雨模式對(duì)邊坡中飽和度、吸力、邊坡安全系數(shù)及潛在滑動(dòng)面位置的影響,定義了吸力降低深度,分析了吸力降低深度與邊坡安全系數(shù)及滑動(dòng)面位置的關(guān)系。算例分析表明：降雨量相同時(shí),降雨模式對(duì)邊坡安全系數(shù)及潛在滑動(dòng)面位置的影響與土體的飽和滲透系數(shù)有關(guān);當(dāng)飽和滲透系數(shù)較大時(shí),各種降雨模式的影響無明顯區(qū)別;當(dāng)飽和滲透系數(shù)較小時(shí),長時(shí)間小強(qiáng)度降雨更易導(dǎo)致邊坡的失穩(wěn);考慮參數(shù)的變異性時(shí),力學(xué)參數(shù)變異性對(duì)邊坡安全系數(shù)及滑面位置的影響較大;水力參數(shù)中,土水特征曲線擬合參數(shù)a及n的變異性的影響較大。

文章基于飽和、非飽和滲流理論及強(qiáng)度折減法,分析了降雨入滲條件下非飽和土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性,研究了4種降雨模式對(duì)邊坡中飽和度、吸力、邊坡安全系數(shù)及潛在滑動(dòng)面位置的影響,定義了吸力降低深度,分析了吸力降低深度與邊坡安全系數(shù)及滑動(dòng)面位置的關(guān)系。算例分析表明：降雨量相同時(shí),降雨模式對(duì)邊坡安全系數(shù)及潛在滑動(dòng)面位置的影響與土體的飽和滲透系數(shù)有關(guān);當(dāng)飽和滲透系數(shù)較大時(shí),各種降雨模式的影響無明顯區(qū)別;當(dāng)飽和滲透系數(shù)較小時(shí),長時(shí)間小強(qiáng)度降雨更易導(dǎo)致邊坡的失穩(wěn);考慮參數(shù)的變異性時(shí),力學(xué)參數(shù)變異性對(duì)邊坡安全系數(shù)及滑面位置的影響較大;水力參數(shù)中,土水特征曲線擬合參數(shù)a及n的變異性的影響較大。

為分析強(qiáng)降雨下土坡穩(wěn)定性,基于平面應(yīng)變問題,選擇彈塑性本構(gòu)模型,采用m-c準(zhǔn)則的一種等效形式表示土的變形性質(zhì),分別采用水的狀態(tài)變量、應(yīng)力的狀態(tài)變量描述系統(tǒng)的滲流狀態(tài)、變形狀態(tài);建立降雨入滲模型、飽和-非飽和滲流場的連續(xù)滲流控制方程并給出定解條件;引入基質(zhì)吸力模型,坡腳設(shè)置零孔壓排水邊界以避免模擬滲流場與實(shí)際滲流場間差異過大;給出降雨附加重力、降雨附加滲透力的計(jì)算方法,提出邊界條件施加方法、計(jì)算域截取剖分原則;采用有限元強(qiáng)度折減方法判別土坡穩(wěn)定性,驗(yàn)證強(qiáng)降雨下土坡穩(wěn)定性分析的有限元數(shù)值模型與相應(yīng)的計(jì)算程序sbsrm。

降雨是導(dǎo)致排土場邊坡失穩(wěn)破壞的主要原因之一,因此研究降雨對(duì)排土場邊坡穩(wěn)定性的影響規(guī)律尤為重要.研究以某露天金屬礦老嶺排土場為例,結(jié)合二維有限元軟件geostudio的seep/w模塊和slope/w模塊,對(duì)比分析不同降雨條件下對(duì)金屬礦排土場邊坡滲流以及穩(wěn)定性的影響.結(jié)果表明降雨對(duì)老嶺排土場邊坡滲流場影響較大,可以明顯降低邊坡穩(wěn)定性,坡腳區(qū)域受降雨的影響時(shí)間最長,因此降雨條件下誘發(fā)的邊坡失穩(wěn)破壞大部分發(fā)生在邊坡坡腳處,可以為類似金屬礦排土場的安全生產(chǎn)提供參考.

大量研究表明,主要且直接誘發(fā)邊坡失穩(wěn)的主要因數(shù)是降雨,雨水入滲對(duì)非飽和土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響最大.分析非飽和黏土邊坡基質(zhì)吸力和滲流場影響,采用有限元軟件flacm建立非飽和黏土邊坡的數(shù)值模型,研究計(jì)算在降雨強(qiáng)度不同條件下,降雨時(shí)間相同和降雨總量相同這兩種情況對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響.結(jié)果表明:非飽和黏土邊坡內(nèi)部的剪應(yīng)變?cè)隽侩S降雨強(qiáng)度的變大而增大,邊坡的位移也和降雨強(qiáng)度呈正相關(guān)關(guān)系,降雨強(qiáng)度越大越容易造成黏土邊坡表層失穩(wěn).

在西北地區(qū)進(jìn)行基礎(chǔ)工程建設(shè),遇到了大量的多級(jí)黃土高邊坡工程。邊坡工程屬于永久性工程,難免遇到降雨?duì)顩r。降雨入滲會(huì)引起邊坡土體飽和度與土體重度的變化,進(jìn)而導(dǎo)致邊坡體基質(zhì)吸力與有效應(yīng)力場的變化,使邊坡的穩(wěn)定性受到較大的影響。本文通過考慮邊坡體不同深度處基質(zhì)吸力隨雨水入滲的變化情況,建立了滲流場與應(yīng)力場的耦合計(jì)算模型,對(duì)降雨入滲條件下多級(jí)黃土高邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。最后,依托實(shí)際邊坡工程,利用plaxis3d巖土有限元軟件,建立邊坡穩(wěn)定性計(jì)算模型,通過設(shè)置降雨量隨時(shí)間的變化函數(shù)與滲流邊界條件,進(jìn)行降雨入滲條件下多級(jí)黃土高邊坡的穩(wěn)定性數(shù)值計(jì)算,并與理論分析結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。根據(jù)數(shù)值計(jì)算結(jié)果可得到多級(jí)黃土高邊坡在降雨入滲條件下的變形、基質(zhì)吸力、有效應(yīng)力、潛在滑移面以及安全系數(shù)的變化情況,從而對(duì)降雨入滲影響下多級(jí)黃土高邊坡的穩(wěn)定性做出分析。研究結(jié)果可為降雨入滲條件下多級(jí)黃土高邊坡的穩(wěn)定性的研究提供一定的指導(dǎo)作用。

強(qiáng)降雨作用下基巖型層狀邊坡易發(fā)生失穩(wěn)破壞,給人們生命財(cái)產(chǎn)造成重大損失。為探索基巖型層狀邊坡的降雨入滲過程,以green-ampt入滲模型為基礎(chǔ),考慮了邊坡幾何特征及飽和帶滲流作用,得到了邊坡不同入滲階段入滲率和濕潤峰深度的計(jì)算式,建立了適用于基巖型層狀邊坡的降雨入滲計(jì)算模型;在分析基巖型層狀邊坡穩(wěn)定性時(shí),考慮了飽和帶的滲流作用,聯(lián)合降雨入滲模型與極限平衡法,分析了基巖面與濕潤峰面穩(wěn)定性的變化規(guī)律,得到了計(jì)算基巖型層狀邊坡安全系數(shù)的解析表達(dá)式;結(jié)果表明,該模型的計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果具有一致性。利用該計(jì)算模型與傳統(tǒng)計(jì)算方法對(duì)張家灣滑坡進(jìn)行了強(qiáng)度為30mm/h的降雨入滲與穩(wěn)定性分析,得到了不同計(jì)算方法下張家灣滑坡濕潤峰深度及安全系數(shù)隨降雨歷時(shí)增加而發(fā)生的變化規(guī)律,結(jié)果表明該計(jì)算模型在分析基巖型層狀邊坡穩(wěn)定性時(shí)優(yōu)于傳統(tǒng)分析方法。

邊坡的穩(wěn)定性影響因素較為復(fù)雜,而人工堆填的高大爐渣邊坡體由于其特殊的化學(xué)、物理力學(xué)性質(zhì),使其應(yīng)力場及滲流場更加多變,穩(wěn)定性不易控制。降雨以及江水位變化引起堆積體變形本質(zhì)原因是堆積體水巖之間的相互作用,因此本文通過對(duì)高爐渣物理力學(xué)性質(zhì)、水文地質(zhì)條件的初步分析結(jié)合滲流場-應(yīng)力場耦合理論,探究了該特殊爐渣邊坡在暴雨條件下的邊坡穩(wěn)定性,得出該類爐渣邊坡在強(qiáng)降雨條件下穩(wěn)定性較好,對(duì)強(qiáng)降雨抵御能力較強(qiáng)。

針對(duì)安太堡露天礦西北幫高陡邊坡,介紹了邊坡的工程背景和滑坡現(xiàn)狀。結(jié)合工程地質(zhì)、氣象條件等資料,分析了降雨對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響機(jī)理,并使用slide軟件將潛在危險(xiǎn)滑體分為50個(gè)條塊,采用路徑搜索方法對(duì)強(qiáng)降雨邊坡在飽水和排水條件下的穩(wěn)定性進(jìn)行了模擬分析。結(jié)果表明:邊坡降雨飽水條件下的穩(wěn)定系數(shù)約為0.841,且最危險(xiǎn)的滑動(dòng)面位于邊坡上部,穿過上層填土和粉土,而邊坡在排水條件下的穩(wěn)定性為1.010,最危險(xiǎn)滑動(dòng)面仍然位于邊坡上部,但滑動(dòng)區(qū)域相比飽水條件下明顯減小,滑動(dòng)面也隨之減小。

在人為擾動(dòng)、地震、降雨等因素中,降雨是滑坡主要的誘發(fā)因素。以玉溪新平大戛高速公路邊坡為研究工點(diǎn),結(jié)合地質(zhì)勘測、鉆探、物探、現(xiàn)場調(diào)查、室內(nèi)試驗(yàn)、資料收集等數(shù)據(jù),采用無限斜坡模型、瑞典條分法及極限平衡法計(jì)算分析降雨條件下斜坡的流向流量及其穩(wěn)定系數(shù),研究斜坡開挖前后的穩(wěn)定性及預(yù)測水流沖刷嚴(yán)重的區(qū)域。結(jié)果表明:開挖前在水位高度等于土層厚度的極限飽和工況下,斜坡處于穩(wěn)定狀態(tài)；開挖后按1:1.75的坡比,斜坡亦處于穩(wěn)定狀態(tài)。所以坡體開挖施工是安全的,但需做好坡面排水及防護(hù)工作。

把降雨入滲條件下的邊坡穩(wěn)定性問題轉(zhuǎn)化飽和-非飽和滲流問題的應(yīng)力場和滲流場來計(jì)算,考慮在降雨入滲過程中滑動(dòng)面抗剪強(qiáng)度的影響,研究降雨入滲過程對(duì)邊坡的安全系數(shù)的影響。應(yīng)用瞬態(tài)的飽和-非飽和二維有限元滲流模型,對(duì)降雨條件下的邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了模擬,模擬的數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明,在降雨入滲過程中,邊坡的安全系數(shù)在不斷減小。

采用有限差分軟件flac3d內(nèi)置fish語言編制相關(guān)程序,將邊坡非飽和區(qū)滲透系數(shù)和基質(zhì)吸力隨飽和度的變化關(guān)系嵌入到數(shù)值計(jì)算中,實(shí)現(xiàn)了降雨入滲條件下邊坡非飽和滲流過程的模擬,結(jié)合基于fredlund雙應(yīng)力狀態(tài)變量理論的強(qiáng)度折減法,進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了非飽和邊坡的穩(wěn)定性分析.基于某典型抗滑樁加固邊坡算例建立數(shù)值計(jì)算模型,研究了降雨入滲對(duì)邊坡孔隙水壓力分布及邊坡穩(wěn)定性的影響,并對(duì)降雨強(qiáng)度、基質(zhì)吸力及樁頂約束形式對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了參數(shù)分析.研究結(jié)果表明:降雨入滲條件下,隨降雨歷時(shí)增加,濕潤鋒線不斷向坡體內(nèi)部推進(jìn),基質(zhì)吸力明顯減小,邊坡安全系數(shù)顯著降低;邊坡安全系數(shù)隨降雨強(qiáng)度增大而減小,當(dāng)降雨強(qiáng)度超過土體飽和滲透系數(shù)后,邊坡安全系數(shù)隨降雨強(qiáng)度變化不大,并趨于穩(wěn)定;基質(zhì)吸力對(duì)邊坡穩(wěn)定影響顯著,考慮基質(zhì)吸力時(shí)邊坡安全系數(shù)明顯提高;在樁頂設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索可使樁身位移明顯減小,邊坡安全系數(shù)提高.

結(jié)合某公路節(jié)理巖質(zhì)邊坡,采用離散單元法,考慮節(jié)理巖體應(yīng)力與滲流耦合機(jī)理,對(duì)降雨條件下節(jié)理邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析。重點(diǎn)分析了邊坡主應(yīng)力分布和位移矢量圖,節(jié)理張拉和剪切位移以及邊坡滲流產(chǎn)生的空隙水壓力。分析結(jié)果表明:節(jié)理邊坡變形主要受優(yōu)勢節(jié)理面控制,產(chǎn)生平面滑移。節(jié)理張拉和剪切位移趨勢與邊坡變形規(guī)律是一致的,地下水流動(dòng)產(chǎn)生空隙水壓力會(huì)加劇邊坡的變形趨勢。

公路邊坡的穩(wěn)定性由內(nèi)在因素和外在因素所決定。內(nèi)在因素是邊坡本身所固有的,外界因素主要包括降雨、地震、開挖等。近年來,降雨導(dǎo)致公路邊坡失穩(wěn)進(jìn)而影響交通的情況越來越多。祥臨公路地處氣候濕潤多雨,地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā),運(yùn)用降雨入滲相關(guān)理論,對(duì)其進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析,得知該路段安全系數(shù)小于1.05,邊坡處于不安全狀態(tài),需要進(jìn)行防護(hù)加固。

現(xiàn)今對(duì)滑坡的研究過程中大多沒有考慮坡體之上的裂隙，然而裂隙對(duì)降雨型滑坡所起的作用尤為重要。某公路滑坡坡體之上存在大量裂隙，為研究其在降雨過程中滲流及穩(wěn)定性變化規(guī)律，運(yùn)用有限單元法分別模擬有裂隙和無裂隙時(shí)坡體內(nèi)瞬態(tài)滲流場變化、穩(wěn)定性隨降雨歷時(shí)的變化情況。結(jié)果表明：在研究含裂隙滑坡降雨入滲過程中，考慮裂隙時(shí)的計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場觀測結(jié)果更一致，考慮裂隙對(duì)滑坡穩(wěn)定性的影響十分必要。

針對(duì)一鐵路沿線隧道施工棄渣場,現(xiàn)有相關(guān)的資料為基礎(chǔ),采用現(xiàn)場調(diào)研、試驗(yàn)研究、理論分析與數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法,查明了棄渣場的工程地質(zhì)條件、變形破壞特征與邊坡防護(hù)情況,并基于邊坡地質(zhì)模型分析了該棄渣場在降雨條件下的邊坡穩(wěn)定性。建議對(duì)該棄渣場未防護(hù)坡面采用漿砌石框架植被護(hù)坡措施進(jìn)行防護(hù)。

分析邊坡土體強(qiáng)度參數(shù)在降雨條件下的衰減規(guī)律,并在此基礎(chǔ)上研究降雨對(duì)淺層邊坡穩(wěn)定性的影響。研究結(jié)果表明：土體黏聚力隨含水量增大的變化規(guī)律接近指數(shù)減小,土體內(nèi)摩擦角隨含水量增大的變化規(guī)律接近線性減小;降雨持時(shí)不變的條件下,邊坡安全系數(shù)隨降雨強(qiáng)度的增大而呈非線性減小;降雨強(qiáng)度不變的條件下,邊坡安全系數(shù)隨降雨持時(shí)的增大而接近線性減小。

降雨對(duì)非飽和土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性影響的研究——降雨以液體形式人滲到土體中，凈人滲量受土體性質(zhì)、含水率、孔隙水壓力、土體中水蒸氣的消散度等因素的影響。因此，降雨人滲后的瞬時(shí)滲流場難以確定。本文將土一水一氣三相耦合，提出了一種確定降雨入滲后的瞬時(shí)滲流場...

通過建立某一邊坡的數(shù)值模型,分析了不同工況下邊坡的穩(wěn)定性。結(jié)果表明:降雨條件下無支護(hù)邊坡的剪應(yīng)變?cè)隽亢拓Q直向位移較大,草本植被護(hù)坡邊坡及采用錨桿和草本植被護(hù)坡相結(jié)合的邊坡剪應(yīng)變?cè)隽亢拓Q直向位移依次減小。無支護(hù)邊坡及草本植被護(hù)坡的邊坡安全系數(shù)較小,降雨作用后采用錨桿和草本植被護(hù)坡相結(jié)合的邊坡依然處于穩(wěn)定狀態(tài)。

先以滲流-應(yīng)力耦合分析求出,降雨入滲條件下邊坡的應(yīng)力、位移、孔隙水壓力等情況;再以重度增大法為依據(jù),結(jié)合非飽和土強(qiáng)度理論,求出邊坡破壞時(shí)的極限荷載因子。結(jié)果表明,降雨入滲情況下,由于孔隙水壓力的改變,邊坡極限荷載因子顯著減小,穩(wěn)定性顯著降低;隨降雨強(qiáng)度或持續(xù)時(shí)間的增大,穩(wěn)定性降低。

土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性數(shù)值分析——邊坡土體的剪切破壞實(shí)質(zhì)是土的結(jié)構(gòu)損傷導(dǎo)致其力學(xué)性質(zhì)變化的最終形式。針對(duì)兩種損傷的定義，給出了損傷變量和損傷演化方程，同時(shí)可用損傷力學(xué)定義邊坡的安全系數(shù)為極限損傷與最大損傷變量之比，結(jié)合概率分布可計(jì)算出安全系數(shù)，并給...

隨著中國基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的不斷展開,在水利、公路、橋梁等工程中都會(huì)遇到各種復(fù)雜的邊坡問題處理。文章以某邊坡為研究對(duì)象,采用三維數(shù)值分析方法,建立數(shù)值仿真模型,計(jì)算并分析地震作用對(duì)土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響和失穩(wěn)原理?；诘卣鸪d法計(jì)算不同地震水平加速度下該邊坡的安全系數(shù),驗(yàn)證邊坡穩(wěn)定性,研究成果對(duì)地震作用時(shí)土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性分析具有一定的指導(dǎo)意義。