三峡库区某退水滞后型滑坡渗流及稳定性分析

三峡库区自2003年蓄水以来,库区水岩作用引发了水库岸坡失稳等地质灾害,其中水库岸坡破坏出现在库水位上升期的占40%~49%,出现在水位消落期的约占30%,而有些大型滑坡会发生在库水位达到最大值后的快速消落期。本研究以三峡库区某退水滞后型滑坡为例,结合2016年1—6月三峡水库水位的实际运行情况并联合降雨,利用数值模拟的方法模拟其渗流场变化并进行稳定性计算。研究结果表明:库水位下降并叠加降雨的情况下,对滑坡的稳定性不利,当库水位下降速率达到1.0 m/d且叠加降雨时,滑坡的稳定性最差,此时为最不利工况;在5种工况条件下,滑坡的稳定性有所降低,但稳定性数值均大于1.05,说明滑坡仍处于基本稳定状态。     

不同植物对黄土边坡产流产沙与抗剪强度的影响

[目的]探讨不同草本植物对黄土边坡产流产沙与抗剪强度特征的影响,为进一步开展高寒干旱和半干旱地区,有效防治因降雨诱发水土流失、浅层滑坡等地质灾害,提供理论依据和实际指导。[方法]在西宁盆地长岭沟流域自建试验区,选取垂穗披碱草(Elymus nutans)、老芒麦(Elymus sibiricus)、细茎冰草(Agropyron trachycaulum)3种优势草本植物为试验供试种,开展原位人工模拟降雨试验与室内直剪试验,分析了模拟降雨条件下6种不同类型植物边坡坡面产流产沙及根—土复合体抗剪强度特征。[结果]在模拟降雨条件下,草本植物能显著抑制坡面产流产沙,阶梯形边坡相对直形边坡能显著降低坡面产流产沙,且随着草本生长期增加坡面产流产沙显著降低,生长期为2 a的种植垂穂披碱草阶梯形边坡坡面累积产沙量较垂穂披碱草直形边坡降幅为79.68%,生长期为1 a的种植垂穂披碱草阶梯形边坡平均产沙率较阶梯形未种植裸坡降低幅度最大为86.27%,表明种植垂穂披碱草阶梯形边坡有效抑制坡面的产流能力相对显著;进一步研究表明,降雨使边坡土体平均含水率增大,导致边坡浅层土体黏聚力降低;与直形边坡相比较,模拟降...     

持续降雨条件下黄土边坡稳定性试验研究

滑坡是黄土丘陵沟壑区常见的重力侵蚀,降雨是黄土边坡失稳的主要诱因。为了研究持续降雨条件下黄土边坡的稳定性,采用人工降雨装置进行室外现场试验,测量土体含水率、密度、滑坡剪切带位置以及裂缝的发育等情况,并使用FLAC3D软件计算模拟持续降雨条件下裂缝发育对边坡稳定性的影响。结果表明:随着降雨历时的增加,黄土边坡土体的含水率逐渐增大,土体强度降低,而且自重增大,坡面冲蚀沟逐渐发育,坡脚出现滑塌,坡顶出现拉裂缝,裂缝加剧了降雨的集中入渗,使得裂缝周边土体强度快速降低,最终导致在降雨历时至308.8 h时发生滑坡,持续降雨和裂缝引起的集中入渗加速了土体强度的降低,导致了滑坡,裂缝发育得越深、数量越多,对边坡稳定性危害越大。研究结果为降雨条件下的黄土边坡稳定分析研究和地质灾害防治提供方法和技术支撑。     

基于Mein-Larson入渗模型的降雨滑坡失稳破坏概率研究

[目的]评价降雨诱发浅层滑坡的失稳破坏概率,为相关研究提供理论依据。[方法]在引入并扩展了Mein-Larson降雨入渗模型的基础上,将Mein-Larson入渗模型与无限边坡稳定性方法有机结合,建立2种降雨情形(高强度短历时和低强度长历时)下降雨滑坡稳定性的确定性评价模型,然后再将蒙特卡洛数值模拟方法与降雨滑坡的确定性评价模型结合,建立降雨滑坡稳定性的概率评价方法。[结果]提出了1种降雨诱发浅层滑坡失稳的概率评价方法。[结论]概率评价方法可以描述降雨滑坡发生及发展过程中存在的不确定性,可以计算不同降雨情形下,不同降雨时刻降雨诱发边坡的失稳破坏概率。该方法的评价结果更符合边坡实际情况。     

降雨和植被覆盖对铁路路基边坡土壤侵蚀的影响

[目的] 探究不同植被覆盖对边坡径流泥沙的削减作用,为改善道路路基边坡的植被配置,减少公路边坡的水土流失量提供科学参考。[方法] 选取江苏省南通市境内在建的南京市—启东市铁路路基为研究对象。利用坡面观测小区,选取观测期内不同降雨强度（15,28,40,63,82 mm/h）的自然降雨条件,对3种植被覆盖（灌草坡面、植草坡面和裸坡坡面）的坡面产流与产沙进行分析,揭示植被覆盖对径流和泥沙的拦蓄作用。[结果] 降雨强度对初始产流时间影响显著（p<0.05）,3种植被覆盖的初始产流时间随降雨强度的增加逐渐减少,植草坡面和草灌结合坡面相比裸坡坡面对初始产流时间的延缓作用显著。随着降雨强度的增加,3种下垫面坡面径流量均呈增大的趋势,植草和草灌结合坡面相比裸坡坡面有较好的削减坡面径流作用。试验条件下,草灌结合坡面削减率在54.20%～63.68%,植草坡面削减率在38.59%～55.37%。随着降雨强度的增加,裸露坡面所产生的泥沙量呈指数型递增,在降雨强度大于63 mm后尤为明显,由662.66 g （15 mm/h）陡增至2 002.95（82 mm/h）。植草和草灌结合坡面随降雨强度的增大产沙量增加不明显,泥沙产生量在0.9～4.9 g。[结论] 路基边坡产流产沙随着降雨强度的增大而增加,降雨对坡面产流产沙影响显著;植草坡面和草灌结合坡面相比裸坡坡面有非常明显的减少土壤侵蚀的效果。     

基于三峡库区库水位和降雨统计分析的八字门滑坡稳定性评价

[目的]分析三峡库区水位及降雨对八字门滑坡的影响,为八字门滑坡的稳定性作出评价。[方法]利用滑坡的监测资料对八字门滑坡的变形进行定性分析,然后在对库区水位及降雨定量分析的基础上确定20种工况,利用Geo-Studio计算八字门滑坡的稳定性。[结果]八字门滑坡10个GPS监测点累积位移监测曲线均为阶梯形状并随着时间呈增长趋势,形态变化具有同步性。20种工况下八字门滑坡稳定系数大于1,当库水工况不变降雨工况变化时,最小稳定系数变化较小。当降雨工况不变库水工况变化时,最小稳定系数变化较大。最小稳定系数在库水位稳定在175水位、库水位稳定在145水位、2014年库水位波动、平均库水位、2013年库水位波动5种工况下依次减小。[结论]八字门滑坡整体处于稳定状态。降雨和库区水位对八字门滑坡稳定性存在影响,库区水位对八字门滑坡稳定性的影响较大,库区水位变化幅度越大,八字门滑坡稳定性就越差。     

西南山区云南松根土复合体力学特性及其对浅层坡体稳定性的影响

[目的] 探究西南山区云南松根土复合体力学特性及其对坡体稳定性的影响，为该区浅层滑坡机理认识，识别预警与防治等提供理论基础与数据支持。 [方法] 以四川省凉山州中研究极为缺乏且与浅层滑坡密切相关的云南松根系为研究对象，开展根土复合体抗剪强度试验和FLAC 3D边坡安全系数数值模拟，探究了不同根系密度、根系分布方式与土壤含水量组合下乔木根土复合体的力学性质及浅层边坡稳定性。 [结果] 较高的植物根系密度可明显提高土体的抗剪强度，与素土相比，黏聚力、内摩擦角提高比例分别高达45.5%，9.6%。然而，根径与根系抗拉强度却呈显著的幂函数负相关关系(p＜0.05)，根径低于2 mm的细根抗拉强度最强；同时，乔木根系水平或垂直分布方式下，土壤含水量的增加均会降低土体的抗剪强度，不利于边坡稳定，而乔木交错分布最有利于提高土壤的抗剪强度和边坡稳定性。 [结论] 乔木根系的高密度发育，复杂交错分布，细根丛生等特点对提高根土复合体抗剪强度与边坡稳定性具有重要作用，适度地增加边坡植被覆盖是控制浅层滑坡发生的重要措施之一。通过评价地质灾害多发区不同条件下乔木根系护土固坡效应，可为震后地质活跃区开展生态修复提供理论支持。     

三峡库区黄泥巴蹬坎滑坡变形机制

[目的]研究黄泥巴蹬坎滑坡的变形规律及失稳机制,旨在为库区同类型滑坡的研究提供借鉴。[方法]分析该滑坡的宏观变形特征,结合专业监测数据,研究其变形规律及失稳机制,并运用数值模拟计算研究库水位下降的致滑机理。[结果]黄泥巴蹬坎Ⅰ号滑体变形严重,分别于2007年4—6月,2009年4—6月,2012年4—6月发生加速变形,且加速变形速率逐次呈快速增长趋势。库水位下降对该滑坡稳定性的影响表现为坡体外部卸荷效应和内部动水压力推动作用。一方面,库水位下降使得指向坡内的静水压力消失,导致抗滑力减小。另一方面,库水位下降引起坡内地下水位下降,地下水沿滑带方向渗流,产生的动水压力推动滑坡向外发生变形。[结论]目前黄泥巴蹬坎滑坡处于欠稳定状态,库水位下降加之连续强降雨是导致黄泥巴蹬坎滑坡变形失稳的主要因素。     

紫花苜蓿对黄土边坡浅层破坏防护时间效应的数值分析

为探究紫花苜蓿对黄土边坡浅层破坏防护的时间效应,该研究考虑降雨入渗条件并以含不同生长期紫花苜蓿的黄土边坡为例,基于室内土工试验获取参数,分别采用含植物根系的无限边坡模型和数值模拟两种方法进行稳定性分析。结果表明：降雨作用使得边坡潜在滑动面位置由坡体内部转移到降雨最大入渗深度处;随着坡面植被的生长,边坡浅层土体的强度逐渐提高,潜在滑动面又逐渐转移到边坡内部。根据数值模拟强度折减法,边坡稳定系数随着植被生长不断增大。对比无限边坡模型与数值模拟方法计算的边坡稳定系数,植物根系生长到1.0 m且不论在天然状态或降雨条件下黄土边坡均处于稳定状态,植物根系在0～0.8 m且在降雨条件下时处于不稳定状态,随着边坡植物生长期的延长,边坡稳定系数总体变化趋势一致,即先降低再逐渐增大。草本植物随着生长期的延长,对降雨条件下黄土边坡坡面侵蚀有明显的抑制作用,从而草本植物根系生长能够提高黄土边坡稳定性。当草本植物生长时间达到150 d时,能够有效防治黄土坡面侵蚀,并提高黄土边坡稳定性,因此草本植物生长的前5个月为关键期。研究成果对于黄土边坡浅层破坏防护以及实现黄土地区可持续发展具有重要的理论意义和应用价值。     

不同含水率条件下非饱和边坡的稳定性

[目的]试图改进现有初始条件考量方法,重点分析不同初始含水率条件下降雨入渗对边坡稳定性的作用机制,为滑坡预警提供参考。[方法]以甘肃省天水市廖集村滑坡为例,基于无前期降雨和有前期降雨作用下实测土层含水率结果,将其分别定义为天然和湿润状态,作为初始条件建立渗流与应力的流—固耦合物理力学模型。[结果]天然状态下,非饱和入渗迅速,但入渗仅局限于浅表层1—2m,稳定系数在入渗初期显著下降,但随着下渗的停滞而缓慢变化,往往形成浅表层滑坡;湿润条件下,土体持水缓慢,但能下渗到3—4m以下的较深部位,随着入渗深度的增大,土体软化作用加强,形成深部滑坡。所以,土体干燥状态时,进行7d的雨量预警是有效的防灾方法。对于连阴雨天气,土层较湿润,要注重对滑坡体4m以下部位孔隙水压力和坡脚位移形变的监测。[结论]土体初始条件对非饱和入渗和稳定性变化过程具有显著影响,是降雨触发型滑坡稳定性分析中不可忽略的因素。     

降雨入渗作用下秭归向斜核部南段斜坡稳定性评价

[目的]开展降雨条件下湖北省秭归县向斜核部斜坡稳定性评价研究,为政府部门减灾防灾工程提供科学支持,为滑坡灾害的预测和管理提供科学依据。[方法]以耦合了地下水动力学的TRIGRS无限斜坡稳定性计算模型为基础,详细介绍了斜坡稳定性评价的数据处理过程以及参数选取方法。[结果]发生斜坡失稳的区域多位于松散土体中等厚—较厚,地形坡度中等的区域,尤其是土层厚度在7—10m,地形坡度在20°~30°范围内为斜坡失稳高发区。[结论]在土层厚度和地形地貌的双重控制下,短历时强降雨入渗作用导致孔隙水压力增大,这些区域的斜坡土体极易发生滑动,为滑坡危险性较高的多发区域。斜坡稳定性评价结果和滑坡实际分布吻合程度较高,在一定程度上反映出降雨诱发滑坡空间分布关系和分布规律。     

人工降雨条件下耕翻面积对水土流失的影响

[目的]探讨耕翻面积对水土流失的影响,为黄土高原地区农田水土流失防治提供依据。[方法]通过人工模拟降雨试验,研究了3种坡度下不同耕翻面积的产流和产沙特性。[结果]耕地的产流和产沙特征除了与坡度、雨强以及土壤前期含水量等因素有关外,还与耕翻面积有密切关系。坡度相同时,随耕翻面积的增加初始产流逐渐延后;耕翻面积相同时,随着坡度的增大径流量有增大的趋势,在坡度15°的情况下,耕翻50%时径流量最大。相同坡度下,随耕翻面积的增加,产沙量呈持续上升趋势;坡度为10°时,耕翻面积对产沙量的影响表现最为明显,翻耕的产沙量平均为不耕翻的8.66倍。15°坡度下径流量对累积产沙量的影响最显著。不同耕翻面积下的产流率在产流开始后10min左右趋于稳定。在不同坡度下全耕的产沙率均最大,不耕翻的最小。[结论]随着耕翻面积逐渐增大,初始产流时间逐渐延后,径流量逐渐减小,产沙量逐渐增大。     

鄱阳湖区典型堤防不同植草护坡产流产沙特征试验研究

[目的]对鄱阳湖区典型堤防不同植草护坡产流产沙特征进行试验研究,为该区植草护坡草种筛选以及护坡技术构建提供一定的科学依据。[方法]采用人工模拟降雨的手段,利用水土流失移动监测车选取鄱阳湖区典型堤防——九江市永修县九合联圩为研究对象,对裸露坡面(BL)、自然恢复坡面(NRS)、狗牙根护坡坡面(CDS)、中华结缕草护坡坡面(ZSS)和假俭草护坡坡面(EOS)等5种护坡模式进行了水土流失监测,量化不同护坡模式的水土保持效益。[结果]裸地具有最短的初始产流时间和最大的径流流速,植草后能较大幅度延长初始产流时间,降低径流流速,并且假俭草坡面减缓坡面流速的效果最为明显。20 mm/h雨强下,4种植草坡面与裸露坡面之间的径流系数没有明显差异,但是随着雨强的增大,植草坡面对径流的抑制作用就越来越明显。各处理土壤流失量均随着雨强增大而增大。[结论]植草护坡能有效减少堤防土壤流失量,并且堤防植草护坡的减沙效益在大雨强下表现得更为明显。     

不同种植间距对香根草植物边坡优先流发育特征的影响

[目的] 分析优先流在香根草边坡中的发育特征,研究植物根系与优先流之间的关系,为进一步研究降雨条件下植物根系对边坡土体稳定性的影响提供理论依据。[方法] 以种植间距为50 cm和10 cm的香根草为研究对象,模拟30 mm和50 mm两种不同的降雨量,采用示踪剂试验研究了香根草边坡土壤的优先流发育特征。[结果] 香根草种植间距从50 cm减少到10 cm会增大边坡的水力响应。在50 mm的降雨量作用下,10 cm种植间距的香根草边坡土壤的染色面积比率和优先流比分别是50 cm的1.55,1.76倍。表层土0—10 cm土层深度范围内染色路径数量变化不明显,在10—35 cm深度土层范围,10 cm种植间距的染色路径数量多于50 cm种植间距的香根草边坡土壤。当降雨量由30 mm增加至50 mm时,水流会通过优势通道更迅速迁移到边坡土壤中。降雨量为30 mm土壤的染色面积比率（36.11%）和优先流比（67.25%）小于50 mm土壤的染色面积比率（49.68%）和优先流比（79.96%）,并且染色路径数量随着降雨量的增加而增多。[结论] 香根草根系特征与优先流关系密切。选择植物护坡时,应合理选择植物的种植间距,使根系护坡在力学效应和水文效应上最大化。     

土壤翻耕对坡地水分转化与产流产沙特征的影响

坡耕地严重的水土流失是导致黄土高原土壤质量退化与生态环境恶化的重要原因。采用模拟降雨的方法研究了翻耕与压实对休闲黄绵土坡耕地水分转化与产流产沙特征的影响。结果表明，(1)与压实相比，土壤翻耕导致入渗率下降40%～60%，产流强度增加1至3倍，降雨向土壤水分的转化率降低50％以上。(2)翻耕条件下流失径流的平均含沙量增加近70％，坡地产沙量增加3倍，径流流失量增加1倍，因此对坡地实行免耕休闲可以有效减轻水土流失、遏制坡地土壤质量退化的态势。(3)降雨过程中，随着产流时间的延长，坡地产沙量呈加速增加的趋势，而且增加速度显著快于坡面径流，因此采取适当措施延长初始产流时间、减少产流量以及提高降雨向土壤水分的转化率均可有效减少坡地土壤流失量。     

模拟降雨条件下角砾和圆砾对陡峭路堑边坡产流产沙的影响

[目的]研究角砾和圆砾对陡峭工程边坡入渗、产流、产沙以及水动力学特征,为青藏高原地区工程边坡土壤侵蚀预测模型与水土保持工作提供一定的理论支撑。[方法]基于青藏高原地区派墨农村公路沿线气候特征及其土质路堑边坡形态和物质组成特征,通过室内人工降雨模拟试验,研究了在强降雨(120 mm/h),大坡度(50°),3种砾石含量(30%,40%,50%)条件下圆砾和角砾坡面宏观侵蚀特征和产流产沙规律。[结果]圆砾坡面平均入渗率高于角砾坡面,平均产流率低于角砾坡面,初始产流时间明显晚于角砾坡面;圆砾和角砾坡面水流流态均属于层流,流型均为急流,圆砾坡面的径流剪切力、径流功率、雷诺数略小于角砾坡面,但弗劳德数远大于角砾坡面,流速大于角砾坡面,阻力系数小于角砾坡面,径流挟沙能力更强;圆砾坡面稳定产沙率约为角砾坡面的2倍,总产沙量比角砾坡面高出约20%。[结论]卵砾石表面光滑,与土壤间贴合不够紧密,形状更容易引起局部湍流,在强降雨条件下,陡峻冲洪积路堑边坡坡面易发育以卵砾石为中心,遍布坡面的环形小细沟,细沟发育数量和产沙量都将大于以棱角状碎块石组成的崩坡积路堑边坡。     

黄土高原水蚀风蚀交错区不同下垫面土壤水蚀特征实验研究

以位于黄土高原水蚀风蚀交错区的神东矿区为研究基地,以黄土、沙黄土、风沙坡、基岩风化坡地、人为弃矿渣为物质基础,采用野外人工模拟降雨的方法,重点分析不同组成物质和同一物质不同固结程度斜坡地的土壤水蚀特征。对系列实验数据,应用SPSS和DPS数据处理系统进行分析。结果表明:①在条件相近的情况下,场降雨侵蚀模数的排序为:黄土>沙黄土>沙坡>弃矿渣>风化壳;②在相同的雨强和坡度条件下,黄土坡面产流快,易形成细沟、浅沟,使坡地变得起伏不平;沙黄土坡面则产流慢,形成沟谷的时间较迟,但演化快。③多石块的粗骨性风化壳侵蚀量随降雨强度的增加而增加,但产沙过程却以产流初期最大,之后趋于减少并稳定;④同一物质不同堆积年限的坡地,在没有人为破坏的情况下,随着堆积年限的增加而固结程度提高,侵蚀模数由16 379 t/（km²·a）下降到1 227 t/（km²·a）。⑤弃矿渣坡地的侵蚀容易出现滑塌和滑坡,产沙过程波动明显,有短暂的高含沙量的泥石流过程。