強降雨條件下土質(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種降雨模式對邊坡中飽和度、吸力、邊坡安全系數(shù)及潛在滑動面位置的影響,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)及滑動面位置的關(guān)系。算例分析表明：降雨量相同時,降雨模式對邊坡安全系數(shù)及潛在滑動面位置的影響與土體的飽和滲透系數(shù)有關(guān);當飽和滲透系數(shù)較大時,各種降雨模式的影響無明顯區(qū)別;當飽和滲透系數(shù)較小時,長時間小強度降雨更易導致邊坡的失穩(wěn);考慮參數(shù)的變異性時,力學參數(shù)變異性對邊坡安全系數(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種降雨模式對邊坡中飽和度、吸力、邊坡安全系數(shù)及潛在滑動面位置的影響,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)及滑動面位置的關(guān)系。算例分析表明：降雨量相同時,降雨模式對邊坡安全系數(shù)及潛在滑動面位置的影響與土體的飽和滲透系數(shù)有關(guān);當飽和滲透系數(shù)較大時,各種降雨模式的影響無明顯區(qū)別;當飽和滲透系數(shù)較小時,長時間小強度降雨更易導致邊坡的失穩(wěn);考慮參數(shù)的變異性時,力學參數(shù)變異性對邊坡安全系數(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算方法,提出邊界條件施加方法、計算域截取剖分原則;采用有限元強度折減方法判別土坡穩(wěn)定性,驗證強降雨下土坡穩(wěn)定性分析的有限元數(shù)值模型與相應(yīng)的計算程序sbsrm。

降雨是導致排土場邊坡失穩(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,對比分析不同降雨條件下對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,研究計算在降雨強度不同條件下,降雨時間相同和降雨總量相同這兩種情況對邊坡穩(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)變增量隨降雨強度的變大而增大,邊坡的位移也和降雨強度呈正相關(guān)關(guān)系,降雨強度越大越容易造成黏土邊坡表層失穩(wěn).

在西北地區(qū)進行基礎(chǔ)工程建設(shè),遇到了大量的多級黃土高邊坡工程。邊坡工程屬于永久性工程,難免遇到降雨狀況。降雨入滲會引起邊坡土體飽和度與土體重度的變化,進而導致邊坡體基質(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)力場的耦合計算模型,對降雨入滲條件下多級黃土高邊坡的穩(wěn)定性進行分析。最后,依托實際邊坡工程,利用plaxis3d巖土有限元軟件,建立邊坡穩(wěn)定性計算模型,通過設(shè)置降雨量隨時間的變化函數(shù)與滲流邊界條件,進行降雨入滲條件下多級黃土高邊坡的穩(wěn)定性數(shù)值計算,并與理論分析結(jié)果進行了對比分析。根據(jù)數(shù)值計算結(jié)果可得到多級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,從而對降雨入滲影響下多級黃土高邊坡的穩(wěn)定性做出分析。研究結(jié)果可為降雨入滲條件下多級黃土高邊坡的穩(wěn)定性的研究提供一定的指導作用。

強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算式,建立了適用于基巖型層狀邊坡的降雨入滲計算模型;在分析基巖型層狀邊坡穩(wěn)定性時,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,得到了計算基巖型層狀邊坡安全系數(shù)的解析表達式;結(jié)果表明,該模型的計算與試驗結(jié)果具有一致性。利用該計算模型與傳統(tǒng)計算方法對張家灣滑坡進行了強度為30mm/h的降雨入滲與穩(wěn)定性分析,得到了不同計算方法下張家灣滑坡濕潤峰深度及安全系數(shù)隨降雨歷時增加而發(fā)生的變化規(guī)律,結(jié)果表明該計算模型在分析基巖型層狀邊坡穩(wěn)定性時優(yōu)于傳統(tǒng)分析方法。

邊坡的穩(wěn)定性影響因素較為復雜,而人工堆填的高大爐渣邊坡體由于其特殊的化學、物理力學性質(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,因此本文通過對高爐渣物理力學性質(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降雨條件下穩(wěn)定性較好,對強降雨抵御能力較強。

針對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,分析了降雨對邊坡穩(wěn)定性的影響機理,并使用slide軟件將潛在危險滑體分為50個條塊,采用路徑搜索方法對強降雨邊坡在飽水和排水條件下的穩(wěn)定性進行了模擬分析。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,且最危險的滑動面位于邊坡上部,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,最危險滑動面仍然位于邊坡上部,但滑動區(qū)域相比飽水條件下明顯減小,滑動面也隨之減小。

在人為擾動、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,結(jié)合地質(zhì)勘測、鉆探、物探、現(xiàn)場調(diào)查、室內(nèi)試驗、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)力場和滲流場來計算,考慮在降雨入滲過程中滑動面抗剪強度的影響,研究降雨入滲過程對邊坡的安全系數(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,對降雨條件下的邊坡的穩(wěn)定性進行了模擬,模擬的數(shù)值計算結(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)值計算中,實現(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)變量理論的強度折減法,進一步實現(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)值計算模型,研究了降雨入滲對邊坡孔隙水壓力分布及邊坡穩(wěn)定性的影響,并對降雨強度、基質(zhì)吸力及樁頂約束形式對邊坡穩(wěn)定性的影響進行了參數(shù)分析.研究結(jié)果表明:降雨入滲條件下,隨降雨歷時增加,濕潤鋒線不斷向坡體內(nèi)部推進,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)隨降雨強度增大而減小,當降雨強度超過土體飽和滲透系數(shù)后,邊坡安全系數(shù)隨降雨強度變化不大,并趨于穩(wěn)定;基質(zhì)吸力對邊坡穩(wěn)定影響顯著,考慮基質(zhì)吸力時邊坡安全系數(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)力與滲流耦合機理,對降雨條件下節(jié)理邊坡穩(wěn)定性進行分析。重點分析了邊坡主應(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,地下水流動產(chǎn)生空隙水壓力會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,降雨導致公路邊坡失穩(wěn)進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),運用降雨入滲相關(guān)理論,對其進行邊坡穩(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),需要進行防護加固。

現(xiàn)今對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，運用有限單元法分別模擬有裂隙和無裂隙時坡體內(nèi)瞬態(tài)滲流場變化、穩(wěn)定性隨降雨歷時的變化情況。結(jié)果表明：在研究含裂隙滑坡降雨入滲過程中，考慮裂隙時的計算結(jié)果與現(xiàn)場觀測結(jié)果更一致，考慮裂隙對滑坡穩(wěn)定性的影響十分必要。

針對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。建議對該棄渣場未防護坡面采用漿砌石框架植被護坡措施進行防護。

分析邊坡土體強度參數(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;降雨持時不變的條件下,邊坡安全系數(shù)隨降雨強度的增大而呈非線性減小;降雨強度不變的條件下,邊坡安全系數(shù)隨降雨持時的增大而接近線性減小。

降雨對非飽和土質(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:降雨條件下無支護邊坡的剪應(yīng)變增量和豎直向位移較大,草本植被護坡邊坡及采用錨桿和草本植被護坡相結(jié)合的邊坡剪應(yīng)變增量和豎直向位移依次減小。無支護邊坡及草本植被護坡的邊坡安全系數(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)合非飽和土強度理論,求出邊坡破壞時的極限荷載因子。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;隨降雨強度或持續(xù)時間的增大,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質(zhì)是土的結(jié)構(gòu)損傷導致其力學性質(zhì)變化的最終形式。針對兩種損傷的定義，給出了損傷變量和損傷演化方程，同時可用損傷力學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)合概率分布可計算出安全系數(shù)，并給...

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