黄土路堑边坡变形破坏机理的三轴试验研究

通过原状黄土的减压三轴压缩试验,研究了黄土边坡不同深度不同含水量土体的应力-应变关系,并与原状黄土的常规三轴试验结果进行了比较,发现减压三轴试验能合理地模拟和解释开挖卸荷作用下黄土边坡土体的变形与破坏过程。试验结果表明:坡脚开挖卸荷时,黄土边坡中浅层非饱和黄土易出现应变软化或塑性流动,强度较低,易产生较大变形,而深层饱和黄土仅在高围压下发生应变硬化,强度增加,在中低围压时均发生应变软化现象。分析认为黄土边坡特殊的工程地质条件,使得黄土边坡的特定部位在开挖卸荷作用下常形成了不利于土体稳定的含水量和围压组合,导致坡体特定部位的土体变形破坏,进而诱发边坡的变形破坏;开挖卸荷作用下黄土边坡变形破坏的力学机制应为蠕滑-压致拉裂或"牵引式滑坡"。     

多层土质边坡降雨入渗过程及稳定性分析

降雨是诱发边坡滑坡最常见的因素,降雨入渗会增加非饱和土的渗透力,降低非饱和土的基质吸力,从而降低边坡的稳定安全系数,导致边坡破坏。本文基于Green-Ampt入渗模型,考虑了降雨强度与降雨持时的作用,建立了降雨条件下浅层滑坡的概念模型,引入了多层非饱和土计算方法,推导了降雨导致的积水前后边坡稳定安全系数随降雨持时变化的关系式。通过对数值结果和模型结果进行比较发现,二者有较好的一致性。同时,对降雨强度进行研究发现,降雨强度小于边坡表面入渗速度时,降雨完全入渗,且基质吸力不断降低,由于渗透系数相差较大,湿润锋到达土层交界面处时,会在次表面产生积水;当边坡表面积水后,此时入渗速度主要受土层中最小渗透系数影响,入渗速度不断减小,直至与该渗透系数数值相等,降雨强度越大,达到积水的时间越短;当考虑平行边坡渗流时,在土层交界面处的稳定安全系数将发生突变,通过临界边坡稳定性降雨强度与降雨持时的关系曲线,揭示了降雨强度对边坡稳定性的作用规律,并给出三种警戒线,可为多层土质边坡稳定性研究提供一定的理论参考。     

地质灾害与降雨雨型的关系研究

地质灾害的发生与降雨历时、降雨量及降雨雨型有密切的关系,不同雨型的降雨诱发地质灾害的诱发机制具有明显的差异性。本文通过收集的降雨实况与地质灾害反馈资料,将诱发地质灾害的降雨雨型分为3种类型：台风降雨、持续强降雨和局地暴雨。研究表明,台风降雨型降雨诱发地质灾害具有"即雨即滑"的特点,即地质灾害的发生与降雨在时间上具有较好的对应关系;地质灾害发生空间位置与台风运移轨迹也基本一致。多为群发型地质灾害,灾害规模较小,一般为表层或浅层滑坡、崩塌。持续强降雨型降雨诱发地质灾害,在强降雨过程中地质灾害具有同步发生的特点;在降雨强度不大但连续降雨过程中,地质灾害具有一定的滞后效应;在地质灾害大规模发生后,诱发新的地质灾害雨量阈值提高。局地暴雨型降雨诱发的地质灾害往往集中发生在出现局地暴雨的当日当地。     

降雨条件下固体废弃物边坡变形及破坏模式试验研究

利用室内模型试验及稳定性分析的手段 ,研究在降雨作用下高速公路通过的城市固体废弃物路堑边坡变形特征及破坏模式 ,分析了边坡各部位在降雨作用下变形量的变化规律 ,得出变形过程的 5个阶段 ,给出了固体废弃物边坡主要以溜坍或滑塌、坡面冲刷及滑坡 3种破坏形式 ,并提出了治理建议     

鄂西北山区降雨型边坡失稳模式和评价方法

2003年6月的一次连续降雨诱发了鄂西北山区郧漫公路沿线多处边坡失稳。根据边坡岩土体的组成和结构特征,总结出了5种典型的暴雨型边坡失稳模式：浅层堆积体滑移、含软弱面顺层滑移、切层边坡水压劈裂破坏、碎裂岩似弧形追踪破坏和块裂岩楔体滑移。根据边坡破坏特点和降雨作用形式提出了相应的评价方法,认为浅层堆积体在暴雨下含水量,即85%~100%液限含水量时易发生滑移,通过平面无限斜坡评价法计算边坡稳定性;含软弱面顺层边坡及块裂楔形体均为剪切滑移失稳,采用简化的刚体极限平衡法计算其稳定性;切层边坡中陡倾裂缝经历了卸荷张开－水压开裂－贯通破坏的过程,通过Ⅰ型裂缝扩展判据评价边坡稳定性;碎裂岩边坡发生类似弧形滑移的追踪破坏,采用连续介质圆弧法计算边坡稳定性。     

考虑非饱和粘性土含水量变化的地铁隧道围岩土体稳定性分析

含水量是非饱和土力学性质的重要控制因素,非饱和粘性土是北京地铁苏州街车站隧道的主要围岩土体类型,应用钻孔取样的方法取得隧道周边区域内的土体系统样本,通过三轴试验和含水量测试建立了非饱和粘性土围岩的变形和强度参数与含水量的相关性,进而明确了该工程场地非饱和粘性土的主要参数与含水量的关系,以此为基础确定了工程场地不同区域的土体力学参数,通过有限元数值分析方法研究了施工过程中的围岩土体稳定性与地表沉降量,明确了考虑土体含水量变化条件下的隧道开挖施工过程中的围岩土体稳定性状况。     

关于滑坡预测预报方法的思考

滑坡是世界上十大自然灾害之一 ,容易造成极大的经济损失和人员伤亡 ,对社会危害很大。目前有关它的预测预报的效果还不甚理想。滑坡灾害的诱发因素包括自然因素和人为因素 ,而人为因素主要与人类工程活动有关 ;在一定的地质地形条件下 ,自然诱发因素则主要是降雨 ,特别是暴雨。通过对滑坡预测预报方法的哲学思考 ,作者认为今后应该加强“由天预报地” ,即以降雨预报结果来推测区域滑坡发生的概率方法的研究。将该方法与单点滑坡的监测预报法结合起来 ,可望进一步提高滑坡预测预报的水平     

Biot-Cosserat连续体-离散颗粒集合体模型的非饱和土连接尺度方法

耦合了非饱和多孔多相介质有限元模型和颗粒介质离散元(DEM)模型,提出了以宏、细观尺度分别耦合Biot-Cosserat连续体模型和离散颗粒集合体模型的连接尺度方法来分析非饱和含液颗粒材料的力学渗流耦合问题。根据被动空气压力假定和对空间离散孔隙水质量守恒方程的约化,从非饱和土有限元控制方程的基本未知量中消去了孔隙水压力,而将其取作有限元积分点上定义取值的内状态变量,进而建立了节点未知量仅包含固相线位移和转角的非饱和Cosserat多孔连续体约化有限元数值模型。基于连接尺度方法(BSM)宏、细观尺度数值过程的解耦计算的特点,对宏、细观两尺度数值模型的时域积分分别采用隐式Newmark方法和显式中心差分法,且取不同时间步长以提高计算效率。与全域采用DEM的精细分析方法相比,本文BSM在保证计算精度的前提下可大幅节省计算时间。在不考虑湿化效应的边坡稳定算例中,在得到类似计算精度条件下它比全域采用DEM节省计算时间高达86.65%。二维边坡稳定算例结果验证了本文连接尺度方法的有效性,以及在揭示含液颗粒结构细观破坏机理上的优点。数值算例结果显示,边坡承载能力因降雨大幅下降约50%,这表明本文发展的计及伴随湿化过程的颗粒材料结构中饱和度及吸力分布演变及其对结构破坏失效影响的非饱和颗粒材料多尺度计算模型是很有必要的。     

强地震荷载作用下含断层岩质边坡稳定性分析

基于岩石材料的弹塑性损伤理论,引入两个独立的损伤变量分别控制岩石的拉压行为,通过对地震荷载作用下边坡场地响应的有限无数值模拟,总结含裂隙的岩质边坡发生局部损伤软化、破坏的区域的扩展、演化过程和规律.结合对某大型水电坝坝址左岸的岩质边坡在强地震动载荷作用下(百年一遇、超越概率2%)发生破坏的数值模拟,揭示这类边坡滑坡的机理,并根据模拟的结果,对整治边坡破坏提出参考依据.     

露天矿边坡饱和渗透系数随机场数值模型研究

为分析强降雨入渗及渗透系数空间变异性对闭坑露天矿边坡渗流场的影响程度,基于非饱和渗流理论和随机场理论,采用非侵入式随机方法,通过FISH语言编写非饱和区单元饱和度、渗透系数与基质吸力的修正函数,建立饱和-非饱和渗流随机场模型,开展强降雨作用的高大陡深岩质边坡渗流特征研究。研究结果表明,修正饱和-非饱和渗流随机场模型能够准确地描述露天矿边坡的降雨入渗过程。且降雨入渗主要影响到露天矿边坡浅层渗流场。随降雨持时变化,在坡面与地下水位线之间形成包围的且逐渐缩小的非饱和区。坡面最早出现暂态饱和区且厚度逐渐增加,但增幅逐渐放缓。同时坡面点孔隙水压力最早达到稳定值零,离坡面越远的点孔隙水压力达到稳定值零的用时会越长。该结论可为闭坑露天矿边坡的地质灾害风险预测提供参考意义。