非饱和土边坡稳定的安全分析及进展

笔者基于基质吸力和土抗剪强度之间的关系和非饱和土力学理论 ,以基质吸力问题为中心 ,通过工程实例对影响非饱和土边坡滑动的各种内在及外界因素进行了参数分析 ,尤其对降雨入渗和裂隙影响的定量分析新进展进行了研究。研究结果表明 :非饱和土边坡稳定分析应加强考虑基质吸力对抗剪强度的折减影响 ,修正极限平衡方法对考虑降雨入渗 ,裂隙影响及暂态渗流的非饱和土边坡稳定性研究具有工程意义和实用价值。     

降雨入渗对三峡库区堆积层滑坡稳定性的影响

基于三峡水库库水位调控方案和极端降雨情况,笔者利用有限元模拟库水位在175~145m波动和降雨时红石包滑坡Ⅲ的暂态渗流场,将计算得到的暂态孔隙水压力分布用于滑坡的极限平衡分析,并考虑基吸力对非饱和土抗剪强度的影响。探讨降雨强度对滑坡稳定性的影响,并考虑暴雨与库水位骤降共同作用下滑坡的稳定性。研究表明:滑坡稳定性的影响受控于滑坡土的入渗能力和滑坡结构形态;当暴雨强度为300mm/d时,红石包滑坡Ⅲ的临界降速1m/d。其成果将为库区滑坡治理提供科学依据。     

考虑水力耦合作用的降雨诱发土质滑坡过程数值模拟研究

为探究水力耦合作用对降雨诱发土质滑坡过程的影响机理,从边坡失稳和滑坡运动2个方面进行综合分析。结合Richards模型和无限边坡模型描述降雨入渗条件下土质边坡含水率、基质吸力及稳定安全系数演化,采用Iverson-George模型描述土质滑坡运动过程中内部孔压、速度及厚度演化,通过模拟土体非饱和入渗实验及深圳光明新区滑坡验证了模型的适用性;以含水率为衔接因子将降雨诱发土质边坡渐进失稳到滑坡运动相耦合,搭建可考虑水力耦合作用下降雨诱发土质滑坡全过程的数值模拟流程。结果表明：同一初始条件下,土体渗透系数越小,滑坡运动能力越强,土体趋于饱和时含水率越大,滑坡运动能力越强,相比于渗透系数而言土体含水率对滑坡运动影响程度较大。为描述水力耦合作用下降雨诱发土质滑坡过程提供了一种定量化的数值方法。     

地下开采沉陷对滑坡灾害的影响分析

我国西部矿区大部分位于山区及丘岭地区,这种条件下开采往往会导致滑坡灾害的发生。利用FLAC3D模拟地下开采地表沉陷规律,分析开采沉陷对滑坡稳定性的影响。通过GeoStu-dio软件模拟降雨入渗下滑坡暂态渗流场,将计算得到的暂态孔隙水压力分布用于滑坡的极限平衡分析,并考虑基吸力对非饱和土抗剪强度的影响。探讨渗透系数、裂缝位置和深度对滑坡稳定性的影响。研究表明:降雨是诱发黄土层采动滑坡的主要因素,开采沉陷对采动滑坡稳定性的影响受控于采动区滑坡体结构形态、入渗能力、裂缝位置和深度。     

考虑干密度影响的尾矿材料土水特征曲线模型及其应用

尾矿坝在运行过程中,堆积尾矿处于干湿交替环境,进行稳定性分析需要确定其抗剪强度和渗透系数。直接测量上述参数存在价格昂贵、耗时等缺点,而土水特征曲线是研究土的非饱和特性的重要工具。针对典型的尾矿材料,分别进行不同干密度尾矿样的脱水试验,测量不同吸力下尾矿样的含水量。在此基础上,整理得到不同干密度下尾矿样的土水特征曲线,采用Gardner模型对其进行拟合,得到考虑干密度影响的尾矿材料土水特征曲线模型。最后,将其应用于尾矿边坡的稳定性分析中,探求基质吸力对边坡稳定性的影响。研究成果可为尾矿材料的力学特性以及非饱和尾矿坝稳定性分析提供理论基础。     

强降雨作用下碎石土斜坡室内模型试验研究

强降雨是碎石土滑坡的主要诱发因素。通过室内人工强降雨对碎石土边坡进行研究,在雨强为1.6 mm/min下研究了初始含水率与降雨历时相同时不同斜坡坡度(缓坡22°和陡坡31°)下模型边坡的变形特征和雨水入渗特征。结果表明:随降雨历时增加,坡体沉降值及坡体内部水平位移不断增加,其中在坡腰0.5 m处和坡脚处最大累积水平位移分别为1.99 mm、1.82 mm(缓坡),0.42 mm、0.29 mm(陡坡);降雨过程中,坡体入渗过程是自上而下发展变化的,降雨结束时坡脚雨水入渗深度最大,坡顶次之,坡腰最小,且在缓坡坡顶和坡腰处雨水入渗深度比陡坡大;在同一雨强下,降雨结束后缓坡最终沉降值比陡坡大,且在坡脚处沉降值最大。以上结果有利于对降雨入渗诱发碎石土滑坡的失稳机理和变形机制的进一步研究。     

降雨条件下尾矿坝饱和-半饱和渗流模拟分析

降雨条件下,由于渗透压力的存在,降低了尾矿坝坝坡的整体稳定性,可能产生坝体自身的变形和破坏,甚至导致尾矿库溃坝发生.针对某尾矿库,分析了降雨条件下对尾矿坝渗流及稳定的影响,运用饱和-非饱和渗流理论及降雨入渗理论,分析了尾矿坝渗流场的变化过程,根据计算出来的瞬态渗流场,利用非饱和尾砂抗剪强度理论,对尾矿坝的瞬态稳定性进行了分析.研究成果对于提高尾矿坝降雨条件下安全运行,降低尾矿库溃坝事故发生率具有重要意义.     

高海拔剧烈干湿循环在役排土场安全状态评价

为揭示剧烈干湿循环作用对高海拔地区石灰石排土场边坡安全状态的影响，针对高海拔矿区水泥用石灰岩矿区1号、2号在役石灰石排土场边坡，基于非饱和-饱和渗流理论，引入非饱和土抗剪强度方程、基质吸力分布规律方程，开展数值计算，研究剧烈干湿循环下非饱和-饱和渗流场的演化特征并对排土场边坡进行安全状态评价。研究结果表明：在干湿循环作用下，石灰石排土场边坡表层土体由非饱和状态向饱和状态转变；随干湿循环次数增加，石灰石排土场边坡最大竖向位移持续增加，数值计算边坡最大累积竖向位移值与实际监测值较为吻合；石灰石排土场边坡安全系数随干湿循环次数增加而持续衰减；石灰石在役排土场边坡在剧烈干湿循环作用下处于稳定状态。     

暴雨致灾机理分析及预测模型构建

台阶边坡、路堑边坡等地常选用乔木作为护坡植物,而降雨易影响乔木的稳定性,进而影响其护坡效果。提前预测降雨对乔木稳定性的影响,则可及时预判边坡失稳、泥石流等灾害的发生。以非饱和土体力学特征和乔木根系固土机理为基本理论依据,分析失稳原因并建立相应理论模型;基于多种降雨方案,利用数值模拟得到不同降雨情况对乔木稳定性影响的相关数据;然后以模拟结果作为训练样本,利用BP神经网络构建预测模型,并制定相应的分类预警评判指标。研究表明：此预测模型不仅精度高,相比于数值模拟计算速度可提高数万倍,此成果可为灾害防治及预警工作提供参考。     

高填路堤边坡失稳机理与处治措施分析

高填路堤稳定性已成为制约山区高速公路建设的重要因素。以某失稳高填路堤为工程背景,基于将填方路堤和原 始地基作为整体边坡考虑的基本思路,根据现场调查、勘察成果,构建典型地质剖面模型,通过极限平衡条分法,对边 坡稳定性的影响因素,如水位、岩土体重度、内聚力、摩擦角等进行敏感性分析,计算得到边坡潜在滑动面剪出口与现 场实际基本一致,并分析其失稳是在持续强降雨入渗、填方路基土强度弱化后,在填筑路堤、粉质粘土夹碎石层与基岩 交界面顺层滑动剪出;最后分析不同抗滑桩设置位置、强度、间距支护作用下边坡安全系数及潜在滑面情况,推荐在距 离坡脚5 m处设置抗滑桩且其每米间距强度应大于250 t的处治方案。     

降雨条件下黄土斜坡的入渗特征分析

为研究黄土斜坡的降雨入渗规律和降雨诱发黄土滑坡的机理,在宁夏西吉县一黄土斜坡建立了监测站,在斜坡上部开挖探井并安装了土壤水分计观测土壤含水率,在探井附近安装了小型气象站,观测气温、降雨量、蒸发量。通过现场观测数据分析了气象条件对土壤含水率的影响,以及雨水在黄土斜坡中的入渗规律。使用SEEP/W软件分析了完整黄土斜坡和有裂隙黄土斜坡在临界降雨条件下的孔隙水压力分布,以及斜坡孔隙水压力随深度的变化规律。结果表明,深度1 m以内的土壤含水率变化受蒸发量与降雨量的影响显著,深度越大,土壤含水率的变化曲线越平缓。强度大于19 mm/d的降雨才会引起土壤含水率的骤增,且土壤含水率变化比降雨延迟48 h左右。斜坡表面发育的裂隙是雨水进入斜坡体内部的主要通道。降雨会在有裂隙的斜坡内部形成饱和区,使土体抗剪强度降低,饱和渗流会增加斜坡下滑力,这些作用使黄土斜坡发生滑动。现场监测研究得出了研究区滑坡临界降雨量的参考值,提出斜坡裂隙是降雨诱发黄土滑坡的重要因素。     

高速铁路高填复合路堤边坡安全问题探讨

路基是高速铁路安全系统的关键和薄弱环节 ,建在软土上的高填路堤边坡是否稳定 ,更是直接关系到路基乃至整个高速铁路系统的安全 ,采用桩—网复合地基形式修建高路堤是一个好办法 ,这种路堤形式尚不多见。笔者结合其特点 ,从理论上提出了一种新的边坡安全实用计算方法 ;讨论了影响边坡安全的主要因素 ;验证了这一计算方法的合理性     

地震和降雨作用的矿山排土场稳定性分析

为了研究不同工况对矿山排土场边坡稳定性的影响,在调查分析排土场工程地质特征、散体和地基土物理力学性质、结构特征和稳定性影响因素的基础上,运用极限平衡法对排土场在正常运行、地震、连续降雨3种工况下的稳定性进行了分析。研究表明:3种工况下排土场均处于稳定状态,但在地震条件下排土场边坡稳定安全系数储备较低,可能发生浅层滑坡,对坡脚下部的高压线铁塔和铁路线构成威胁,提出了修筑防滚石挡墙,做好排土场安全监测、排水、日常安全管理工作等对策措施。     

降雨诱发含后缘裂缝岩质边坡失稳机制研究

为探讨降雨诱发边坡失稳机制,以突变理论为基础,综合考虑边坡滑体后缘裂缝静水压力、滑动面水压力和水致弱化的影响,推导了坡体突变失稳的力学判据。研究结果表明:降雨作用下岩质边坡失稳与后缘裂缝充水高度、水致弱化函数、滑体几何-力学参数有关;裂缝与滑动面导通后,坡体发生突变失稳的必要条件为水致弱化段长度远大于弹性段长度;裂缝充水高度d越大,水致弱化函数f(ω)越小,发生失稳可能性越大。     

青藏铁路路基中正融土斜坡稳定性分析

冻土斜坡稳定性问题出现于20世纪50年代的极地地区,青藏铁路的建设,提出了高原地区斜坡稳定性课题。目前,常用的有5种正融土斜坡稳定性分析的方法,均以极限平衡法为依据。根据分析认为,Pufahl[1]的分析方法比较适合高原地区的正融土斜坡稳定性。该方法认为,冻土斜坡失稳的主要原因归咎于土中的孔隙水压力。水压力包括以下3个主要方面,即渗透压力、由自重引起的固结压力和融化固结引起的固结压力。笔者利用非饱和理论,引用孔隙水压力P1和孔隙气压力P2表达在冻土边坡稳定性分析中,提出用相应的冻土斜坡稳定性分析方法。