戚国庆[1]2004年在《降雨诱发滑坡机理及其评价方法研究》文中认为60%以上的边坡失稳是由于降雨引起的。降雨诱发滑坡的机理及相应的评价方法的研究历来是学术界、工程界十分关注,而又难以解决的一个课题。然而,目前岩土工程界尚无可资利用的研究成果。因此,这一方面的研究,具有重大的理论意义和工程意义。 本文研究取得以下主要研究成果。 (1) 运用非饱和土力学理论、饱和—非饱和渗流理论,针对降雨诱发滑坡的机制以及相应的评价方法进行系统地研究。初步建立了一套“由现场基质吸力观测—室内非饱和土物理力学试验—模型机理分析—边坡降雨入渗数值模拟—降雨诱发边坡失稳评价”的方法体系。在此基础上,结合叁峡库区泄滩滑坡,运用上述方法进行系统的分析探讨。 (2) 通过对土水特征曲线数学模型进行研究,依据这些模型的数学表达式形式,将其划分为四种类型。分别由这四种类型的数学模型推导出具有统一表达式形式的土水特征曲线通用数学模型,并依据泄滩古滑坡体的土水特征曲线和陕北高原黄土土水特征曲线试验数据,对通用数学模型进行了研究。 (3) 对基质吸力作用下非饱和土变形进行了研究。在此基础上,依据“吸力变形”观点,对降雨入渗引起边坡位移的机制、规律进行了探讨。提出由降雨引起的边坡位移与边坡体中非饱和土体基质吸力变化产生的应变有关,并建立了非饱和土应变与含水量的变化关系。以武都滑坡为例,对边坡位移随降雨量变化呈指数关系进行了研究、验证。 (4) 滑坡基质吸力的现场观测,对于运用非饱和土力学理论研究降雨型滑坡判据至关重要。通过研究泄滩滑坡基质吸力近16个月观测数据,发现滑坡基质吸力在深度上的变化受滑坡体物质组成分带性的影响。与Sweeney得到的边坡基质吸力剖面有差异。观察还发现,滑体非饱和带基质吸力随降雨因素的变化,在非饱和带的上部与单次降雨具有对应关系,而在非饱和带的中、下部则无明显的对应关系。本文对以上的观察结果进行了分析讨论。 (5) 基于饱和—非饱和渗流理论,编写了分析边坡降雨入渗的数值模拟程序(U-SGF)。运用U-SGF程序,对不同水库水位,降雨及降雨停止后,泄滩滑坡体内饱和—非饱和渗流场进行了数值模拟。揭示了库水位变化与降雨入渗共同作用下,边坡非饱和带内基质吸力、暂态饱和区、暂态水压力的变化。同时,对水库水位由175m降至145m的过程中,滑坡体内饱和—非饱和渗流场进行了数值模拟。计算结果表明本文的模型和U-SGF程序中的算法是合理可行的。 (6) 基于非饱和土力学理论,对降雨诱发边坡失稳的机制以及相应的边坡稳定性评价方法进行了探讨。并据此对泄滩滑坡在降雨入渗、库水位降低情况下的稳定性进行分析、评价。提出:① 对于短历时强降雨,边坡稳定性系数的最低值出现在降雨停止若干小时以后。随后,边坡的稳定性系数开始缓慢回升。② 对于水库水位下降,选择的水位下降速度越小,对边坡稳定性越有利。因为退水时间越长,越有利于边坡中的地下水排水,孔隙水压力降低,基质吸力增加,从而边坡的稳定性也升高。
许旭堂[2]2015年在《非饱和残积土坡对降雨入渗的响应及其失稳演变过程研究》文中研究指明降雨是诱发地质灾害与边坡失稳的重要原因,这类灾害常造成重大的人员伤亡与财产损失,如何通过科学研究来避免或减少地质灾害带来的危害,一直以来受到相关学术界及工程界的关注。因此,本文以闽东南地区非饱和残积土边坡为研究对象,通过室内试验、物理模型试验和数值分析等手段,全面、系统地研究非饱和残积土坡对降雨入渗的响应规律及其失稳演变过程,深入探讨失稳预警因子选择和防灾减灾策略,具有重要的学术意义与实用价值。主要研究内容及成果主要有:(1)利用压力板仪装置开展不同竖向应力、不同干湿循环次数和不同类型残积土的SWCC曲线试验研究,比较和分析未考虑体积变化和考虑体积变化的土体SWCC曲线滞回圈面积以及进气值和出气值的变化规律,指出传统方法获取的SWCC曲线会高估土体抵御变形的能力,并阐述了试验条件变化引起土体内部结构调整是SWCC曲线发生变化的内在原因;同时,根据试验数据对3类SWCC修正公式进行拟合优度分析,结合模型参数的简洁性,得出修正VG模型最符合闽东南地区原状残积土的SWCC建模。(2)采用非饱和土叁轴试验对非饱和土剪切特性和抗剪强度进行研究,从土体结构性、有效应力原理、矿物成分和水力滞回特性出发,多角度分析和解释不同吸湿循环次数引起的非饱和土力学特性变化规律,指出多次吸水后土体有效应力参数和反映抗剪强度与基质吸力关系的φb值均逐渐降低,土体软化与水力滞回特性引起土体饱和度的变化和产生的不可逆变形(或累积不可逆变形)有关。(3)在分析闽东南地区花岗岩残积土物理力学特性的基础上,对非饱和残积粘性土、残积砂质粘性土和残积砾质粘性土含水率和干密度对抗剪强度指标的影响机理及其与粘聚力的相关性进行深入分析,建立符合闽东南地区花岗岩残积土含水率和干密度与抗剪强度指标之间的经验公式。研究结果表明粘聚力的对数与含水率呈负相关,内摩擦角在含水率增大过程中具有非线性衰减的趋势,并集中在一个范围内变化;高密实度下3类残积土的含水率～内摩擦角具有峰值点,土体密实度对粘聚力的影响可用线性正相关来表示。(4)利用构建好的降雨模拟系统和实时监测系统,对降雨诱发非饱和残积土坡失稳过程进行全方位、多参量的实时监测,总结和分析不同位置、不同坡度、不同密实度和不同降雨条件下边坡土体含水率(饱和度)、基质吸力、土压力和坡体下滑力的实时响应规律,指出二次或多次降雨后坡体内部高应力区域可完全释放,边坡具有高水平的雨后残余下滑力和更显着的土体软化效应。通过对试验数据进行加工处理,着重研究不同工况下SWCC曲线过渡区吸力与含水率关系以及入渗率和湿润锋变化规律,将表征吸力对数和体积含水率对数线性关系的土体参数a、b进行回归分析,得出土体参数a、b具有很强的线性关系,并就不同工况土体参数a、b的差异进行机理分析;对比分析湿润锋实际值与半经验值的散点分布规律,提出湿润锋的修正Lumb公式。根据不同位置土体吸力的实时响应规律,结合坡体变形规律,提出边坡变形发展的3个阶段,即初始蠕变阶段、加速发展阶段、滑动破坏阶段。同时,指出失稳预警因子应从降雨诱发滑坡失稳机理出发,着重考虑边坡关键位置的力学物理量变化,对于无支护的边坡,失稳预警因子可选择边坡关键位置处的基质吸力,而有支护的边坡,应根据支护结构受力和边坡关键位置处吸力变化特征来选择预警因子。(5)基于非饱和土力学理论,利用有限元法计算和分析坡体在降雨入渗条件下的渗流、变形特性和稳定性,研究滑坡对降雨的动态响应和不同工况下安全系数和位移的关系。强降雨初期,边坡安全系数下降较快,易发生滑坡;雨停后安全系数会因雨水持续下渗而进一步降低,应注意产生雨后滑坡;同样水分在不同坡体部位对稳定性影响不同,安全系数有消有涨,存在时空效应。为反映地下水位和降雨条件变化对边坡产生危害的程度,从安全储备角度出发,选取安全系数作为边坡失稳机制总因子,提出危险系数概念,结合已有实际位移监测数据,建立危险系数与增量位移的关系,从而实现边坡测点位移变化的阶段式预警。研究结果和方法可为类似工程的治理和监测预警提供有意义的参考。
唐栋[3]2016年在《考虑前期降雨影响的非饱和土特性及边坡稳定性分析》文中研究表明作为与地震和火山相并列的全球性叁大地质灾害之一,边坡失稳产生的滑坡一直是工程界高度关注的课题。导致滑坡的原因很多,而降雨诱发的滑坡数量占滑坡总数的90%以上。降雨滑坡严重制约着滑坡灾害地区的经济发展,直接威胁着人民的生命财产安全。长期以来,尽管人们对降雨诱发滑坡机理进行了大量的研究,但至今尚未完全掌握降雨诱发滑坡的机理,对诱发滑坡灾害的因素研究不够深入,有关前期降雨对边坡稳定性的影响研究更是远远不够。论文围绕非饱和土的强度和变形特性,对滤纸法测定土体吸力的方法以及非饱和土正常压缩线的模拟进行了研究。同时基于实测降雨资料,研究了考虑前期降雨影响的叁峡库区边坡稳定性问题,对不同前期降雨类型和土—水特征曲线性状对边坡稳定的影响进行了探索。本文的主要工作及结论如下：(1)阐述了本文的选题依据和研究意义,并从降雨诱发滑坡的机理、数值模拟方法和前期降雨对边坡稳定的影响叁个方面对降雨诱发滑坡的研究现状进行了总结,同时从非饱和土本构、基质吸力对非饱和土的影响及其量测叁个方面对非饱和土特性的研究现状进行了归纳。(2)从非饱和土的应力状态出发,对独立应力途径和有效应力途径分别进行了分析,推导了相关公式,并比较了其在描述非饱和土特性时的优缺点。针对非饱和土的水力特性,对常用的土—水特征曲线、渗透系数函数及非饱和土抗剪强度理论进行了归纳总结。(3)归纳了已有文献中国产滤纸测定吸力的成果,提出了便于实际应用的新的吸力率定方程,为利用国产滤纸测定吸力方法的应用推广提供了参考依据。对滤纸法测定基质吸力方法进行了改进,测定了土体最佳击实状态下的基质吸力。(4)建立了非饱和土正常压缩线中压缩指标的拟合公式。通过对非饱和土的体积变化的研究来量化正常压缩线的斜率,也就是压缩指标λ随饱和度的变化,详细研究了现有文献中提出的关于非饱和土正常压缩线的经验公式,对经验公式里面的参数通过土体的平均粒径进行拟合,在试验数据缺乏的情况下,拟合的经验公式能够较好估计非饱和土的压缩指标。(5)基于叁峡库区实测降雨资料,利用GeoStudio比较了不同初始条件对不同土体边坡稳定性影响,建议了能够反映边坡含水状态的初始条件选取方法,进而以典型的砂土和粘土边坡为例初步探索了前期降雨对边坡稳定性影响规律,得出了砂土和粘土边坡稳定性分析时建议考虑15天以上的前期降雨的重要结论,为研究叁峡库区降雨诱发滑坡问题提供了一定的参考依据。(6)以一均质边坡模型为例,分析了在土—水特征曲线的Fredlund-Xing模型中当土体饱和渗透系数保持不变、其它土—水特征曲线参数变化的情况下,不同前期降雨类型对边坡内孔隙水压力分布及边坡安全系数的影响。初步探索了不同前期降雨类型和土—水特征曲线形状对边坡稳定的影响,为降雨诱发滑坡问题提供了一定的参考依据。
李海亮[4]2013年在《降雨诱发堆积土滑坡的物理模拟及其流—固耦合数值分析》文中研究说明降雨是诱发滑坡发生的重要原因，滑坡灾害造成了大量的人员和财产损失。如何合理的评价和预测降雨条件下滑坡的稳定性及滑坡规模，一直为学者们所关注。因此，对于降雨过程中坡体中水分的变化规律的研究以及对诱发边坡失稳的深入探讨具有重要的理论意义和实际工程应用价值。开展了一系列降雨诱发滑坡试验研究，通过压力板仪试验获取了脱水过程的土-水特征曲线，还基于流-固耦合理论进行了数值分析。在此基础上，对西南地区堆积土的土-水特征曲线滞后特性、降雨雨型、渗透系数对滑坡的影响进行了深入研究，最后分析了成层土边坡的入渗过程和稳定性变化规律及相关因素的影响，主要研究成果如下：1．在室内进行了降雨诱发滑坡的物理模型试验，基于实验数据，再结合边坡破坏形式，分析了西南地区堆积物边坡破坏过程和变形破坏机理。探讨边坡坡度、降雨强度和初始基质吸力分布对边坡变形破坏过程的影响。2．通过压力板仪开展了土-水特征曲线试验，结合简化的非饱和土强度公式，开展数值模拟，分析表明流-固耦合的方法预测的边坡稳定性和滑动面位置与实测值基本吻合，说明该方法是可行的。在流-固耦合理论的基础上，再结合经验判断对降雨诱发滑坡进行预测是可行的。3．土-水特征曲线滞回特性反映了非饱和土的降雨-蒸发路径，模型试验和数值分析的结果对比表明了土-水特征曲线滞回特性对滑坡产生重要影响，降雨过程中的边坡处于吸湿过程，在降雨型滑坡研究中应该采用吸湿路径的土-水特征曲线进行研究。4．基于流-固耦合理论和非饱和土强度理论，研究了降雨雨型和渗透系数对滑坡的影响，研究表明降雨雨型对边坡孔隙水压力变化和稳定性有重要影响；渗透系数应该结合降雨强度一起进行考虑，研究结果表明稳定性系数和降雨强度与渗透系数的比值线性相关。5．进行了成层土土坡的流-固耦合数值研究，分析了两种典型的成层土土坡的降雨入渗过程，揭示了降雨诱发成层土土质滑坡的变形破坏机制；降雨强度、历时和渗透系数对成层土土坡入渗过程和稳定性的影响进行了深入探讨。当雨水未入渗到下层土体时，稳定性下降很快；当雨水入渗到下层土体时，边坡稳定性系数降低速率会变小;土层接触带处存在孔隙水压力突变，容易产生较大塑性变形，最终在接触带处形成滑带。
徐颖[5]2014年在《强降雨作用下类土质滑坡演化过程及破坏机理研究》文中提出滑坡作为一种最常见的地质灾害之一,其造成自然环境及社会环境的损失是毋庸置疑的。占滑坡总量90%以上的降雨型滑坡具有广分布、规模小、频率高,突发性强等特点。福建省山区丘陵地带广泛分布着由火成岩经风化作用形成的厚达十到数十米的类土质风化壳斜坡,在台风气候作用下,造成成群分布的类土质滑坡,且大量滑坡处于“大雨大滑、小雨小滑、无雨不滑”的临界滑动状态。严重威胁着地质环境脆弱地区的安全。受内部微观结构及非饱和工程特性的控制,类土质斜坡受降雨入渗作用效应及滑动特征不同于均匀土质滑坡。对研究区内广泛分布的叁种类土质微观水力特性进行室内试验及观测,结合实际气候条件设计降雨工况,确定滑坡地下水渗流特性及宏观破坏特征,对揭示该类滑坡的启动及复活机理的研究起到关键作用。根据已有研究区内各类降雨型滑坡灾害统查资料,选取区内叁种典型类土质滑带土,并以含两种类土质滑坡—永泰旗山滑坡为例,通过室内非饱和试验对叁种类土质宏观及微观工程特性进行研究。基于坡体含水量与抗剪强度关系的分析,考虑干湿循环引起的不同土体内部渗流场变化对滑坡宏观形态的影响,最终得出类土质滑坡演化过程及内在破坏机理。本文主要的研究内容和研究成果如下所述。(1)对研究区内区域地质构造环境,包括地形地貌、岩性、构造环境及气象水文进行阐述,重点分析了研究区内类土质滑坡与降雨的关联效应,从总降雨量、短时降雨量、降雨强度叁个方面分析降雨与类土质滑坡发生的时间及空间分布关系。结果显示,小到中雨的天数在滑坡启动条件中作用最大,次要影响因素为连续降雨天数及降雨量≥25.0mm天数。选取了总降雨量x1>25mm降雨天数x6以及最长连续降雨天数x9叁个因子与研究区滑坡概率y进行拟合,以此估算研究内滑坡发生概率与降雨因子的关系。(2)通过薄片试验重点分析了凝灰岩、钾长花岗斑岩、花岗闪长岩及二长花岗斑岩的岩矿及化学成分,其中云母化微细凝灰岩具凝灰结构,其他叁种喷出岩岩样均具中-细粒结构,均含有斜长石与石英,主要矿物成分Si02含量均超过68%。类土质试样的X衍射试验结果表明,叁种类土质试样的主要矿物成分为石英、长石及高岭石、绿泥石等粘土矿物,由于母岩种类的不同,微量矿物也有所差异。(3)由滑带及裂缝的分布规律可知,研究区内滑动带主要集中在土岩接触面或不同结构土层分界面；冲沟、拉张裂缝及干湿胀缩裂缝则对雨水的入渗起到了加强及重分布的作用。以类土质滑坡形态、滑带土滑体土物质成分组成,滑带及裂缝分布特征为主要考虑因素,对研究区内的滑坡发育强度进行了分区。研究区内的降雨型滑坡主要集中在山区丘陵地带。(4)随着研究区降雨的入渗,类土质斜坡内部土体处于非饱和与饱和干湿循环状态。本文针对研究区不同基岩对应的不同矿物成分及不同初始状态的类土质土体进行了压力型土水特征曲线试验。试验结果表明叁种类土质土水特征曲线脱湿过程拟合参数排列顺序为：α闪>a钾>a凝,且造成进气值的差异机理为各试样粘土矿物成分的组成,即含亲水性粘土矿物越多,则进气值越大,与孔径分布相关的系数n则相反；而吸湿过程中进气值则主要有细颗粒含量所控制,即粉粘粒含量越高则进气值越大,而n则与矿物成分关联性较大。(5)在不同初始状态方面,土水特征曲线拟合参数变化规律与土的干密度和初始含水量紧密相关,且二者有着相互作用的关系。随着干密度的增加,进气值越大,试样初始含水量的不同代表了各试样的吸水和存水能力,系数越高,说明在内部微观孔隙的持水能力越强,表现出较高的进气值与较为均匀的孔径分布规律。叁类试样表现出类似的变化规律,但由于粘土颗粒含量及成分的不同,α凝值的增减幅度最大。(6)为研究试样的非饱和渗透系数变化规律,分别对叁类试样进行的非饱和渗透试验,结果表明ks凝>k钾>ks闪。这一结果与粘土矿物成分含量一致,却与细颗粒含量结果相反。随着含水量的降低,矿物成分尤其是粘土矿物成分在吸水的过程中对渗透系数的贡献要高于颗粒级配的影响,该结论进一步说明了颗粒的微观结构对非饱和渗透系数的贡献最大。由于在研究区的滑坡往往存在两种或两种土体,且渗透系数是影响土体含水状态变化速率的决定因素,脱水、吸水以及矿物成分、颗粒级配对SWCC及渗透系数特征曲线影响的差异,将直接导致降雨条件下,雨水入渗及渗流特征。由于滞后效应的存在,使得粗颗粒含量较高的土体在脱湿过程中,含水量排出速率不同,促成滑带在细颗粒土层中发生及扩展。(7)对研究区内叁种类土质非饱和试样在不同基质吸力状态及干湿循环路径抗剪强度进行了非饱和直剪试验。试验结果显示：与黄土或粘土存在类似的变化规律,即随着基质吸力的增加,内摩擦角变化很小,主要表现在抗剪强度的变化。不同的是,各种类土质试样抗剪强度在一定的基质吸力增加的范围内存在上移或下移的现象,移动幅度也有较大的差别。即：基质吸力的增加对抗剪强度的影响效果开始削弱,土样抗剪强度也在达到峰值后开始出现下降趋势。结合SWCC曲线可知叁种试样接近抗剪强度峰值所对应的基质吸力类似,C值变化规律符合Gauss函数,φ’值变化规律则符合Hilll函数。Y1、N1峰值约在75KPa,对应的含水量分别是21.49%、26.7%；Y2峰值对应的基质吸力出现在100KPa,对应含水量为9.61%,对应含水量主要与试样中粘土矿物总含量及亲水性矿物含量成正比。(8)竖向荷载方面,叁种试样的抗剪强度随基质吸力的变化也有差别,表现在Y1与N1试样在200KPa状态时,基质吸力对抗剪强度贡献最大,而Y2试样则在100KPa时,贡献最大。对于降雨型滑坡而言,不同埋深试样的抗剪强度对含水率或基质吸力的感应度是不同的,即在埋深约12m处Y1土体抗剪强度衰减速率最大,而Y2试样在埋深约5m处衰减速率最大。不同初始条件方面：随着初始含水量的增加,粘聚力呈先增加后减小的趋势,内摩擦角则呈减小趋势,幅度较小,可忽略不计;与其他类型土体一致,试样经过干湿循环路径后,抗剪强度急剧减小,但随着次数的增加,衰减幅度变小。(9)将叁种类土质抗剪强度的试验结果,与建立基于吸应力理论及F&X模型的抗剪强度修正方程预测结果进行对比分析,可知修正后扩展的莫尔库伦抗剪强度方程的预测结果具有可观的准确度,但仍需进行大量的试验进行不断修正。对于研究区内降雨型类土质滑坡而言,坡面及坡体在雨季经常经受强降雨及长日照的影响,处于干湿循环状态或非饱和状态,因此采用基于吸应力理论的扩展的摩尔库伦抗剪强度修正准则来预测类土质非饱和抗剪强度性质,有利于合理的评价类土质斜坡的稳定性及灾害预测。(10)FESEM图片显示：凝灰岩残积土微观颗粒由柱状和块状的单粒以及片状矿物聚合成的集粒组成,且大部分集粒被含量较高的单粒(石英颗粒)所覆盖,集粒内的粘土矿物多呈边-面、面-面接触。钾长花岗斑岩残积土颗粒多成扁平薄片状,排列紧密,具成层性,有优势的排列方向,定向性明显,颗粒间的接触方式多为面-面接触或边-面接触,多为绿泥石与石英的共生矿物。花岗闪长岩残积土多见片状及柱状的矿物颗粒,有少量块状石英晶屑充填于孔隙当中,为絮凝状结构,薄片状集粒定向性明显,而长石矿物则排布较散乱。(11)在含水量相同状态下,随着竖向荷载的增加,平面孔隙率及平均孔隙面积呈减小趋势,试样颗粒排列更加密实,定向性越为明显。孔隙的圆形度呈增大趋势。当竖向荷载达到300KPa,土体结构有破坏迹象,排列趋于无序。竖向荷载相同时,初始含水率越高,试样结构改变越明显。初始含水量为24.9%试样的孔隙定向性要高于32.22%与9.8%,该结论与直剪结果一致。干湿循环条件下,经历一次湿润-干燥过程,试样土体结构状态改变不明显,粒间孔隙有少量的增加,颗粒排列定向性明显；经历叁次干湿循环以后,试样颗粒之间的孔隙大量增加,颗粒定向性变差,排列杂乱无序,片状颗粒破碎严重,颗粒尺寸变小,土体由迭片状结构转变为絮凝状结构。(12)叁种类土质土体具有明显的分形特性,分形维数均在1.88-1.97之间。经过非饱和直剪试验凝灰岩残积土剪切面分形维数为1.9～2.0。且随着干湿循环次数的增加,分形维数也呈增加趋势。说明类土质在干湿循环之后土样中土颗粒变得松散,密实度降低,从而使土体的抗剪强度降低,这一特性与类土质的崩解性相符。孔隙分形维数与含水量及荷载的关系显示：随着初始含水量的增加,剪切面的孔隙分布维数也呈增加趋势,由干燥进入非饱和阶段增加幅度较大,在接近饱和状态时,维数接近稳定状态。在试验过程中,随着竖向荷载的增加,维数呈线性减小趋势。另一方面竖向荷载的增加,试样的密实度逐渐增加,当荷载增加到一定程度时,孔隙的调整变得越来越困难,土体结构逐渐趋于一种新的平衡状态,故分形维数也逐渐趋于稳定。(13)孔隙分布分形维数Dp与类土质非饱和抗剪强度之间存在显着的二次函数相关性特性,即随着孔隙分布维数的增加试样的粘聚力与内摩擦角分别呈二次函数增加和降低。结合试验数据建立孔隙分形维数与类土质宏观工程特性参数关联性公式,以此可从微观角度对类土质非饱和抗剪强度进行估算。(14)坡体内地下水渗流场分析结果表明：不同降雨条件下,土体负孔隙水压力的绝对值(即基质吸力)都有减小的趋势,减小的程度、速率与降雨的强度、持续时间以及土体的饱和度有关。对于强度小、持续时间长的久雨型降雨作用下,基质吸力随着降雨的持续时间的增加而逐渐减小,且速率逐渐放缓,直至土体饱和,基质吸力减为0；对于强度大、时间短的阵雨型降雨,基质吸力在短时间内迅速减小,坡体表层土体趋于饱和,甚至形成坡面积水。(15)不同的降雨条件下滑坡位移场对比结果显示：滑坡位移量与降雨量有较大的关系,表现为总降雨量越大,滑坡位移越大。滑坡的大部分位移是在降雨过程前期形成的,降雨后期坡体趋于稳定；降雨过程停止后,坡体中部位移最大,后缘次之,前缘最小。滑坡稳定性分析表明：自然状态下,旗山滑坡稳定系数是1.081,处于基本稳定状态,坡体安全储备不高。降雨历时相同时,坡体的稳定性随降雨强度的增加而减小,短历时小降雨对坡体稳定性影响较小;在降雨强度相同时,坡体的稳定性随着降雨历时的增加而降低,在降雨初期坡体稳定性系数降低较快,随着降雨的持续,土体趋于饱和,稳定性系数降低速率减小；在总降雨量一定的情况下,低强度长历时的久雨型降雨对坡体的稳定性影响比高强度短历时的阵雨型降雨对坡体稳定性的影响更大,对坡体的稳定性更不利。该计算结果与第二章统计结果一致。(16)采用大气—非饱和土相互作用模型,建立了考虑植被覆盖的土体表层蒸发量和蒸腾量,能滑坡长期稳定性变化计算模型。计算结果显示：气候变化对滑坡稳定性的影响主要是通过土体的在干湿循环条件下基质吸力的改变来实现的；类土质一次吸湿过程土体基质吸力减小,土体抗剪强度降低并接近饱和状态,导致滑坡的稳定性降低；蒸发蒸腾作用使得类土质进入再次脱湿过程,土体基质吸力逐渐恢复,但由于土水特征曲线滞回效应的存在,同等含水量条件下对应的基质吸力减小,此次土体抗剪强度能得到逐渐恢复,但长期的干湿循环作用,使得土体抗剪强度逐渐衰减,并最终导致坡体失稳。
李俊业[6]2011年在《基于非饱和土力学理论的工程弃土堆积体边坡稳定性分析》文中研究表明近年来,随着极端气象条件的频繁出现,对人类的生存形成了严峻的考验,人们对极端气象条件下形成的地质灾害逐渐重视起来。由于叁峡水库的修建,库区移民迁建人口约110.56万人,全迁或部分搬迁的县(市)级城镇13座,乡镇级集镇116个,库区内移民安置区面积15000km2。迁建过程中产生大量的工程弃土、弃渣,被直接倾倒于岸坡之上,在极端气象条件下,这些工程弃土堆积体有可能发生滑坡,对迁建区的居民的生命财产造成影响。因此,工程弃土堆积体滑坡对极端气象条件的响应机制研究成为一个重要的课题。本文在分析前人研究成果的基础上,采用试验研究、理论分析和数值模拟相结合的研究方法,以重庆叁峡库区某工程弃土堆积体为实例,分析了在极端降雨作用下,工程弃土堆积体边坡内浸润线、孔隙水压力和入渗深度随降雨强度、降雨历时和孔隙比的变化关系;然后分别通过修正后和未修正的稳定性计算公式,对工程弃土堆积体边坡不同孔隙比、不同降雨条件进行稳定性计算,得到了不同孔隙比下的工程弃土堆积体边坡在不同降雨条件下的瞬态稳定系数;最后对两种计算公式的计算结果进行了对比分析。主要研究内容及成果如下:(1)分析国内外最新研究情况,并对叁峡库区的工程弃土的颗粒曲线、天然容重、抗剪强度参数和土水特征曲线性质参数进行试验研究分析,表明该类工程弃土为含细粒土砾;库区工程弃土的饱和渗透系数随孔隙比的增大,总体上呈现增大的趋势。饱和渗透系数在孔隙比小于0.7时,随孔隙比的增大趋势较缓,反之,饱和渗透系数随孔隙比的增大而迅速增大;饱和度低于60%时,土体的粘聚力随饱和度的增加而增大;饱和度大于60%以后,土体的粘聚力随饱和度的增加而迅速减小;土体的内摩擦角?值随着土体随着饱和度由20%增大时,呈现缓慢减小,饱和度超过40%后又呈现迅速减小,饱和度大于60%时,又趋于缓慢减小,饱和度大于80%以后,又呈现迅速减小的趋势;在同一饱和度下,基质吸力随土体的孔隙比的减小而增加,在同一孔隙比下,基质吸力随着饱和度的增加而减小。饱和度达到80%以后,基质吸力的大小不再受到密实度的影响,孔隙比大于0.7081后,土水特征曲线随饱和度的变化并不明显。(2)利用非饱和土强度理论,考虑土体基质吸力对瑞典圆弧法计算公式进行了修正,使之同时适用于饱和边坡与非饱和土边坡的稳定性计算。(3)根据叁峡库区历年极端最大降雨事件,假定工程弃土堆积体边坡连续经历前期降雨(25mm/d)4天与极端降雨(100mm/d、200mm/d、300mm/d )2天,利用GEOSTUDIO(2004)软件计算了给定边界条件下的非饱和工程弃土堆积体边坡内的渗流过程,得到了各个时刻坡内部的孔隙水压力分布情况。数值计算结果表明:在极端降雨作用下,对孔隙水压力有明显影响的几个参数为:极端降雨强度与渗透系数的关系、降雨历时。在前期降雨量相同、降雨历时一致时,极端降雨强度与渗透系数越大,降雨入渗深度越大,对边坡内孔隙水压力影响范围越大。工程弃土堆积体边坡坡脚处的孔隙水压力变化较坡腰处与坡肩处更为剧烈,受极端降雨影响最为明显。(4)根据不同时刻各个节点上的含水量与孔隙水压力值,利用规范中的瑞典圆弧法与修正后的瑞典圆弧法分别对各个时刻的稳定系数进行了计算,计算结果表明:修正公式后的稳定性较传统的计算公式计算出的稳定性整体有所提高,提高幅度为0.245-0.293。非饱和边坡土体孔隙比为0.7081时:1)未修正公式时,极端降雨Ⅰ作用45.6小时以后,工程弃土堆积体边坡稳定系数小于1;修正公式后,极端降雨Ⅰ作用下,极端降雨作用48小时后,工程弃土堆积体边坡稳定系数为1.062。2)未修正公式时,极端降雨Ⅱ作用40.3小时以后,工程弃土堆积体边坡稳定系数小于1;修正公式后,极端降雨作用48小时后,稳定系数下降为1.023,工程弃土堆积体边坡处于临界稳定状态。3)未修正公式时,极端降雨Ⅲ作用36小时以后,工程弃土堆积体边坡稳定系数小于1;修正公式后,时间由36小时修正为44.5小时,时间增加8.5小时,使得非饱和边坡土体基质吸力充分发挥作用,结果更加接近实际情况。
曲国鹏[7]2012年在《降雨入渗作用下非饱和黄土滑坡稳定性研究》文中提出我国西北地区的黄土斜坡分布广泛，一到雨季滑坡灾害便接踵而至。分析降雨对边坡稳定性的影响以及准确预报因降雨引发滑坡等地质灾害发生的可能性，是当前亟待解决的一个复杂工程问题。降雨过程中，非饱和土体斜坡内孔隙水压力和基质吸力的分布随雨水的入渗运移不断发生变化，从而导致边坡土体的抗剪强度也在不断变化，同时降雨入渗还影响到边坡滑动面位置的确定。常规的边坡稳定性分析方法建立在饱和土理论和稳定渗流场情况，很难反映降雨入渗对边坡稳定的影响。本文选取西安市户县牛角沟滑坡为研究对象。首先在滑坡区工程地质勘察的基础上，论述了滑坡区环境地质条件、滑坡工程地质特征。采用传递系数法，分不同工况分别计算了边坡的稳定系数。在此基础上，对牛角沟滑坡的成因机制进行了分析。其次在阐述饱和-非饱和渗流理论的基础上利用GTS数值软件，模拟了牛角沟滑坡不同工程条件下的瞬态渗流场，得到了边坡不同深度的孔隙水压力、渗透速率等。数值模拟与人工降雨原位试验相结合，明晰了降雨入渗规律和边坡吸力变化情况。最后运用有限元强度折减法，进行渗流-应力变形耦合分析，得到了边坡不同降雨持时条件下的位移和塑性区分布；采用改进的非饱和土极限平衡法求得了降雨入渗作用下的最危险滑移面。通过渗流与应力变形相耦合、渗流与极限分析相耦合的数值方法对降雨入渗作用下的黄土边坡稳定性进行了综合分析。论文研究成果不仅为工程实际提供设计依据，同时为秦岭北麓类似地质灾害预警预报，减轻类似滑坡地质灾害危害提供指导。
林鸿州[8]2007年在《降雨诱发土质边坡失稳的试验与数值分析研究》文中研究指明降雨是诱发坡地地质灾害与人工边坡失稳的重要原因,这类灾害常造成重大的人员伤亡与财产损失,如何减少坡地灾害对社会的危害,一直是世界各国政府所关心的重要议题。因此研究降雨条件下各类天然和人工边坡的稳定性分析和评价方法,具有重要的学术意义与实用价值。本文考虑降雨诱发型滑坡灾害的地质与降雨特性,进行了非饱和土抗剪强度特性的研究,利用饱和-非饱和非稳定渗流有限元分析与强度折减有限元法相结合的流固准耦合方法来评价降雨条件下的边坡稳定性,并进行了降雨诱发滑坡的试验研究以及其数值分析。论文主要的研究成果包括以下几个部分: 1.通过压力板仪和直剪试验的组合方法,对粉细砂、粉土与粉质黏土进行了试验,探讨了无粘性土和粘性土的各项抗剪强度参数与基质吸力的关系,并根据土中水不同状态下吸力的发展和作用,解释了非饱和土抗剪强度随土的状态路径而改变的机理。2.利用饱和非饱和非稳定渗流有限元分析与强度折减有限元法相结合的流固准耦合方法对前人与本文的滑坡模型试验进行了数值分析,结果表明该法在描述降雨条件下边坡变形至失稳过程等方面具有明显的优势,即可用以预测滑坡类型、规模、滑体的位置及其影响距离等,因此该法对滑坡减灾工作具有实用价值。3.通过模型试验与数值分析,提出将土水特征曲线的两个界限曲线用于流固准耦合方法的计算中,并以此来预测滑坡灾害发生的可能时间,由于其计算结果同样代表了两种极端情况,因此可以应用于雨量预警基准的规划。4.模型试验数值验证的结果表明,在高雨强条件下,可以通过流固准耦合数值分析方法来评价边坡的稳定性;而在低雨强的条件下,当边坡产生渗出面时,将会低估可能的逸出点位置,从而影响对滑坡破坏时间的预测。
陈洪[9]2016年在《降雨条件下土质边坡的叁维稳定性分析》文中研究表明随着全球气候变暖,世界范围内出现极端降雨天气的频率越来越高,由于我国山地、丘陵地带分布广泛,因而由于降雨引起的滑坡灾害占每年地质灾害的百分之八十以上。降雨前边坡处于安全状态,降雨过程中或者降雨后一定时间范围内出现滑坡现象,这使得研究降雨条件下边坡的稳定性问题变得尤为迫切。传统边坡稳定性分析方法中,很多方法没有考虑基质吸力对土体强度的影响,并且只是针对边坡进行二维分析,与真实情况存在较大差异。本文着重研究降雨强度、降雨型式和降雨持时对边坡内渗流场和孔隙水压力的影响。通过理论分析,推导得出适用于分析非饱和-饱和土边坡稳定性问题的叁维严格极限平衡法,将计算出的孔隙水压力代入该方法中,从而分析降雨强度、降雨型式和降雨持时对边坡稳定系数的影响。本文的主要结论如下:(1)天然状态下,边坡土体是处于非饱和状态,此时边坡内有基质吸力的存在,而基质吸力有利于边坡稳定。随着降雨入渗,边坡表层土体逐渐由非饱和转变为饱和状态,基质吸力逐渐消失、孔隙水压力逐步升高,这使得边坡的稳定系数不断降低,极有可能发生滑坡。(2)降雨强度、降雨型式和降雨持时对边坡的渗流场和稳定系数的影响都很大。边坡稳定系数随降雨强度的增大而减小,随降雨持续时间的增长而降低。相同降雨强度下,降雨型式越均匀,边坡的稳定系数下降越大;降雨型式越集中,边坡的稳定系数下降越小。(3)土体的饱和渗透系数对降雨入渗有很大影响,从而对降雨条件下边坡稳定系数有很大影响。本文创新点:(1)考虑了降雨入渗对边坡土体的影响,定量分析了降雨强度、降雨型式和降雨持时对边坡土体渗流场和孔隙水压力的影响程度。(2)将非饱和土强度准则应用到边坡稳定性分析中,理论推导了适用于分析非饱和-饱和土边坡稳定性的叁维严格极限平衡法。(3)定量分析了降雨强度、降雨型式、降雨持时对边坡稳定系数的影响,从而为分析预测降雨条件下边坡的稳定性提供理论依据。
李小慧[10]2015年在《魏家沟滑坡滑带土非饱和蠕变特性试验研究》文中研究说明滑带是一个滑坡的重要结构要素,滑带土的蠕变特性能够真实直接的反映滑坡的演化过程,是滑坡形成过程当中形成的特殊的岩土体。据大量研究统计,大多数的滑坡的发生是由于水起到了决定性的作用。降雨是魏家沟滑坡失稳的主要诱因,在降雨入渗地下水位逐渐上升的作用下,滑带土处于非饱和与饱和状态的变化中,其抗剪强度明显降低,导致边坡稳定性大大降低。而且滑坡的演化过程多数具有时间效应,也就是流变特性。然而经典的饱和土力学理论是建立在饱和土的基础上的,已无法描述非饱和状态下的滑坡土体的力学特性,所以对滑坡滑动带土的非饱和蠕变特性的研究具有很重要的意义。本文以魏家沟滑坡滑带土为研究对象,采用非饱和土力学及流变土力学理论和试验相结合的方法,通过能够控制基质吸力的非饱和叁轴蠕变仪开展滑坡滑带土的非饱和蠕变试验,研究和探索水作用下滑坡土体的非饱和蠕变特性,建立能够反映水作用效应的非饱和蠕变模型,从而达到定量研究水对滑坡变形机理的影响的目的。具体内容如下:(1)介绍魏家沟滑坡的地质特征及诱发机理;取滑坡滑带土开展一系列室内常规物理力学特性试验及非饱和叁轴试验,获取土样的基本物性指标及非饱和土抗剪强度参数,为非饱和蠕变的加载提供依据。(2)采用2FSR-6型二联式非饱和叁轴蠕变试验仪,采用陈氏加载法,对魏家沟滑坡滑带土开展不同净围压、不同基质吸力,不同偏应力下的非饱和土叁轴固结排水蠕变试验,获得土样在不同净围压,不同基质吸力,不同偏应力水平下的分级加载蠕变曲线,应力应变等时曲线等,并分析总结各曲线的变化特征。(3)借鉴饱和土蠕变经验模型Singh-Mitchell模型与Mesri模型的建立,通过分析模型参数与应力应变和时间关系,建立参数与应力和时间的函数关系,并且定义一种包含基质吸力的应力水平,并将其带入到Singh-Mitchell模型与Mesri模型中,从而建立包含基质吸力的非饱和蠕变模型。(4)选用元件模型——Burgers模型对魏家沟滑坡滑带土的非饱和蠕变进行了辨识,通过对试验曲线的拟合得到了该模型的参数。借助于FLAC 3D软件对魏家沟滑坡进行了不考虑时间效应的流变分析和考虑时间流变效应的流变分析,分别对滑坡体的应力分布情况、位移变化情况和塑性区扩展情况进行了分析。
参考文献：
[1]. 降雨诱发滑坡机理及其评价方法研究[D]. 戚国庆. 成都理工大学. 2004
[2]. 非饱和残积土坡对降雨入渗的响应及其失稳演变过程研究[D]. 许旭堂. 福州大学. 2015
[3]. 考虑前期降雨影响的非饱和土特性及边坡稳定性分析[D]. 唐栋. 武汉大学. 2016
[4]. 降雨诱发堆积土滑坡的物理模拟及其流—固耦合数值分析[D]. 李海亮. 成都理工大学. 2013
[5]. 强降雨作用下类土质滑坡演化过程及破坏机理研究[D]. 徐颖. 中国地质大学. 2014
[6]. 基于非饱和土力学理论的工程弃土堆积体边坡稳定性分析[D]. 李俊业. 重庆交通大学. 2011
[7]. 降雨入渗作用下非饱和黄土滑坡稳定性研究[D]. 曲国鹏. 长安大学. 2012
[8]. 降雨诱发土质边坡失稳的试验与数值分析研究[D]. 林鸿州. 清华大学. 2007
[9]. 降雨条件下土质边坡的叁维稳定性分析[D]. 陈洪. 重庆大学. 2016
[10]. 魏家沟滑坡滑带土非饱和蠕变特性试验研究[D]. 李小慧. 华北水利水电大学. 2015
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