降雨入渗下残积土坡的失稳机理与加固治理

针对典型非饱和花岗岩残积土边坡,基于饱和—非饱和渗流理论,分析了降雨入渗条件对残积土边坡渗流场与稳定性的影响,以及相应的加固治理方案。研究结果表明,边坡近坡表处的最大孔隙水压力和体积含水率均随降雨历时和降雨强度的增大而增大,从坡顶往下呈现大—小—大的变化趋势,且影响深度均随之增大;边坡稳定性在降雨初期下降比较显著,随着降雨历时增大,边坡稳定性下降趋势变缓并逐渐趋于一稳定值;当降雨历时较短时,降雨强度仅改变了近坡表附近的孔隙水压力分布及含水量,降雨强度对于边坡浅层溜方的影响不容忽视。鉴于基质吸力对边坡稳定影响很大,建议在工程设计中应考虑基质吸力对边坡稳定性的影响。     

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。     

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。     

裂隙岩质边坡非饱和降雨入渗特征分析

[目的]研究降雨入渗过程中,裂隙岩质边坡渗流场和暂态饱和区的变化规律,为裂隙岩体降雨入渗规律、工程技术及水土保持方面的研究提供支持。[方法]基于非连续裂隙模型,采用Matlab编制裂隙岩体渗透张量的计算程序;基于等效连续介质渗流模型,采用FLAC3D内置的FISH语言编制程序进行非饱和渗流分析。[结果]依托实际工程分析得出了裂隙岩体的渗透张量,在降雨过程中随着降雨强度的增加或者降雨时间的延长,边坡表层区域零孔隙水压力面不断向内部发展,暂态饱和区的范围不断扩大,且暂态饱和区的出现发生在降雨强度大于边坡的入渗率的情况。[结论]采用非连续裂隙网络模型和等效连续介质渗流模型对裂隙岩质边坡降雨入渗分析能较好反映裂隙岩体各向异性和非饱和渗流的特点。     

库水位升降作用对库岸滑坡稳定性的影响研究

利用了渗流场-应力场耦合的有限元法,对三峡库区某滑坡体在库水位升降作用下的渗流特征及稳定性变化规律进行了研究。结果发现,对于该滑坡体在库水位上升过程中其稳定性将有降低的趋势,而在水位上升过程中,滑坡的稳定性开始阶段下降而后逐渐上升。     

风荷载作用下三种乔木对边坡变形和稳定的影响

植被对边坡稳定影响机制是全世界性的课题，研究多集中于根系固土能力和边坡稳定性增益方面，针对植被边坡土体变形和稳定性对风荷载作用的响应机制并不清晰。为探讨风荷载作用下土体应力发展和稳定性影响规律，该研究基于前期调查选取缙云山3种典型乔木（杉木、润楠、大头茶），采用Geo-studio建立边坡数值模型，分析了各坡体模型在不同风速下的应力、位移和边坡稳定系数。结果表明：1）风荷载作用下，在根土盘位置出现了应力集中现象，迎风侧根土盘上部和下部表现为压力和张力，背风侧则相反；随风速和坡度增大，整体转动趋势加剧，总位移中坡位>上坡位>下坡位。2）当坡度较小时，边坡稳定系数随风速增大先轻微增大后迅速降低，坡度较大时，稳定系数随风速变化单调递减。45°陡坡在最大风速（30 m/s）下，大头茶、润楠和杉木的安全系数较无风时分别降低3.6%、27%、11.8%，大头茶边坡在风荷载下平均应力和总位移最小，稳定性受风荷载影响最小。3）林冠宽度、根盘直径对边坡稳定性影响的极差随风速增大而放大，冠高和根盘深度的极差变化不大，林冠宽度和根土盘直径参数为主要影响稳定性的主要因子。类似大头茶具有较大根土盘直...     

溯源侵蚀作用下昔格达地层土质边坡的稳定性

对四川省昔格达地层土体工程地质特性进行了分析。结果发现,昔格达土体化学成分丰富,含有一定量的易溶盐,在地下水及地表水的作用下易于发生化学反应,形成次生矿物,使土体强度降低,导致边坡易于产生失稳现象;溯源侵蚀为河流侵蚀的一种类型,水流的侧向冲刷与重力同时作用于沟谷边坡,加快沟谷边坡的失稳速度。运用水力学、土力学等力学方法对溯源侵蚀的主要影响因素进行了分析。在非饱和土计算模型基础上,建立了昔格达地层沟坡物理概化模型。模型在考虑了河流的侧向冲刷,沟坡重力作用的基础上,同时考虑动水压力作用对边坡的影响。针对目前非饱和土抗剪强度计算并不统一的情况,推导并优化了非饱和土边坡稳定性计算公式。并结合建立的溯源侵蚀模型对昔格达地层土质坡稳定性进行了分析,求得边坡稳定性系数为1.061,而采用经典的Bishop法求得相同条件下边坡稳定性系数为1.212。结果表明,优化的边坡稳定性求解方法得到的稳定安全系数较低。     

土壤含水量减少对提高表浅层滑坡稳定性的影响

通过对裸地和桉树林地两种土壤在不同土壤含水量、不同深度的非饱和土的直剪试验,研究了含水量变化对提高边坡稳定性的影响。结果表明,随着含水量的增加,非饱和土的黏聚力和内摩擦角均减小,黏聚力有较大变化而内摩擦角变化较小;植被水文作用能有效的减少土壤含水量,具有提高非饱和土抗剪强度的作用,从而能提高边坡稳定性和防治坡面水土流失。     

基于滞后效应函数的土石坝渗流水位模型应用

根据长期观测资料用数理统计回归分析建立土石坝渗流效应量模型,是目前普遍采用的大坝安全监测资料分析方法。传统土石坝渗流效应量模型主要受库水位、降雨和时间3个因素直接影响,并考虑前期平均库水位和降雨的影响。然而采用前期平均法并不能真实有效的反映库水位和降雨对大坝渗流的滞后影响,近年来提出了考虑库水位、降雨动态效应权重的滞后效应函数法,可以更好的描述变化库水位及降雨作用下的大坝渗流场。以此为基础,建立较为合理的大坝渗流模型,对某水库的渗流水位进行了多元非线性回归分析,采用遗传算法及最小二乘原理优化求得滞后参数及各分量系数,并进一步分析了库水位滞后参数演变规律。基于滞后效应函数的渗流水位模型拟合效果好,很接近实际情况,有利于对大坝的运行工况做出准确、合理的判断。     

非饱和土调压吸水实验仪的研制与应用

黄土斜坡稳定性与地下水位变化密切相关,而对地下水位变化的定量描述比较困难,为此对达西实验装置进行改进,探索研制非饱和土调压吸水(向上渗流)实验仪。实验仪主要由补水装置和渗流(取样)装置两部分组成。基于此实验仪,取某地马兰黄土试样进行试验研究,试验现象是:无水头或定水头压力条件下,向上渗流锋面全渗程均呈上凸形态,但渗流锋面曲率由下至上呈递增趋势;不同水压力条件下,渗流过程均存在快速渗流和趋稳渗流两个阶段,只是出现拐点的时间、渗流高度稍有不同;水头压力对快速渗流阶段影响明显,水头压力越大向上渗流速率越快、渗流高度越大。试验结果表明:实验仪能够较好地模拟带压地下水向上渗流的水—土作用过程,获取所需要的渗流路径、渗流锋面移动速度等参数,具有一定的应用价值和前景。     

饱和与非饱和黄绵土细沟径流水动力学特征及侵蚀阻力对比

近地表水文状况显著影响坡面土壤侵蚀过程。土壤饱和状态作为一种特殊的近地表水文状况,其细沟侵蚀特征较之非饱和状态存在明显的差异。以黄绵土为研究对象,采用限定性细沟模拟冲刷,对比研究了饱和与非饱和状态下黄绵土的水动力特征和侵蚀阻力。结果表明:饱和黄绵土径流流速与坡度、流量之间符合良好的幂函数关系,坡度对流速的影响更甚;饱和黄绵土径流流速约为非饱和黄绵土的1.17倍,其坡面摩擦阻力仅为非饱和黄绵土的70.3%;同种工况下,非饱和黄绵土的径流含沙量和细沟径流动能明显偏低,随着径流动能增大,2种土的径流含沙量均呈现对数型增长,径流含沙量峰值稳定在400,280kg/m~3内;饱和与非饱和黄绵土的细沟可蚀性参数分别为0.088,0.057kg/(m~2·s),相应的土壤临界剪切力分别为0.773,1.561Pa,表明饱和黄绵土更易剥蚀、流失。     

Determination of rill erodibility and critical shear stress of saturated purple soil slopes

The hydrological conditions near the soil surface influence the soil erosion process, as determined by the soil erodibility and critical shear stress. The soil erodibility and critical shear stress of saturated purple soil slopes were computed and compared with those of unsaturated purple soil slopes. The detachment capacities computed through the numerical method (NM), modified numerical method (MNM) and analytical method (AM), from rill erosion experiments on saturated purple soil slopes at different flow rates (2, 4, and 8 L min^?1) and slope gradients (5, 10, 15, and 20°), were used to comparatively compute the soil erodibility and critical shear stress. The computed soil erodibilities and critical shear stresses were also compared with those of unsaturated purple soil slopes. At the different slope gradients ranging from 5° to 20°, there were no significant differences in the soil erodibilities of the saturated purple soil and also in those of the unsaturated purple soil. The critical shear stresses slightly varied with the slope gradients. The saturated purple soil was relatively significantly more susceptible to erosion. The NM overestimated the soil erodibility of both saturated and unsaturated soils by 31% and underestimated the critical shear stress. The MNM yielded the same soil erodibility and critical shear stress values as the AM. The results of this study supply parameters for modeling rill erosion of saturated purple soil slope.     

水库防渗措施及坝后排水沟距离对周边农田地下水埋深的影响

干旱区平原水库渗漏对下游农田土壤的水盐动态变化影响较大,易造成土壤的次生盐渍化和沼泽化。水库常采用"上防下排"措施来降低坝后农田地下水埋深,但排水沟参数如何选择,与坝基防渗体如何联合使用,治理效果如何等都值得深入研究。该文基于非饱和土体渗流理论,以恰拉水库周边农田为研究对象,针对"上防下排"措施进行数值模拟,分析恰拉水库采用水平铺盖、悬挂式防渗墙或无防渗措施时,坝后农田地下水埋深与坝后排水沟位置及深度的关系,并针对下游坝坡稳定及坝后积水进行分析,并通过田间试验进行验证。研究表明:在不同的渗流控制方案下,农田地下水埋深均以排水沟中轴线为对称轴呈现"漏斗形"降落趋势,排水沟前地下水埋深逐渐增大,排水沟后的地下水位有一小幅度的减小,因此,"上防下排措施"从"源头"处减小渗水进入坝后农田,增大农田地下水埋深。3种方案对比显示,不同"上防下排"渗流控制方案在遏制水库渗漏和减小坝后农田地下水的效果不同。悬挂式防渗墙和无防渗体工况不能有效减小水库的渗漏量,联合排水沟使用效果较差。22倍水头的水平铺盖在渗流控制方面优于悬挂式防渗墙和无防渗体时的工况,联合坝后排水沟及时排水后,可有效的将地下水埋深控制在2.72 m左右,大于当地的地下水临界水位2.45,有效遏制坝后土壤的盐渍化趋势。排水沟设置的位置和深度对大坝稳定存在一定影响,计算实际工况(22倍水平铺盖)时下游坝坡抗滑安全系数为1.358,大于下游坝坡最小抗滑安全系数1.242,下游坝坡处于安全状态。排水沟设置后,坝趾至沟间的积水长度是产生坝后沼泽化的主要原因。计算和实测实际情况下的积水长度为0.27 m,沼泽化面积较小。此外,计算还发现避免农田沼泽化对应的排水沟最小深度为5.18 m,实际工程中排水沟深度为6 m,可见当前的防渗形式以及排水沟至坝趾的距离及深度是合理的。库水位变动、排水沟排水的及时性对坝后地下水埋深也有较大的影响,排水沟作为辅助措施应与农田排水沟(渠)、水库防渗体以及农田灌溉制度配合使用,才能更加有效的发挥作用。     

地表水-地下水交互下傍河土壤硝酸盐氮迁移规律试验研究

为了研究地表水与地下水不同补给关系下硝酸盐氮在傍河农田的迁移规律,选取大沽河河床沙样作为沙槽试验介质,设计地表水与地下水相互补给装置,模拟无补给、地表水补给地下水和地下水补给地表水3种方式下硝酸盐氮在土壤中的迁移,通过测定各取样点硝酸盐氮含量和到达时间,分析了其迁移规律。结果表明:纯淋洗实验中,淋洗强度与沙样颗粒越小,硝酸盐氮在表层沙中的累积越明显,硝酸盐氮的迁移也越慢。地表水与地下水相互补给试验中,补给水位上升,硝酸盐氮的积累量增加、迁移到饱水带的时间缩短;补给水力坡度为0.5时,硝酸盐氮在细沙饱水带中迁移速度约为5.3 cm/min;水力坡度变为0.7时,迁移速度约为9.4 cm/min;补给水力坡度为0.5时,硝酸盐氮在中沙饱水带的迁移速度约为12.3 cm/min。硝酸盐氮在包气带中的积累量随着沙层深度的增加而减少;淋洗强度、水力坡度及沙样颗粒越大,硝酸盐氮在包气带和饱水带中的迁移速度越快;补给水位越高,硝酸盐氮迁移至饱水带的时间越短。     

饱和状态下黄绵土坡面细沟侵蚀可蚀性和临界剪切应力特征

土壤可蚀性参数和临界剪切应力是评价土壤易侵蚀程度和抗水流剪切变形能力的重要指标,目前在黄绵土坡面细沟侵蚀过程中,土壤饱和条件下可蚀性参数和临界剪切应力的变化尚不明确。该研究采用室内土槽模拟冲刷试验确定不同坡度（5°、10°、15°、20°）和流量（2、4、8 L/min）下饱和黄绵土坡面的最大细沟剥蚀率,基于数值法、修正数值法和解析法计算土壤可蚀性参数和临界剪切应力。结果表明,3种方法所得最大细沟剥蚀率均随坡度和流量增加而增大,其中修正数值法和解析法计算的最大细沟剥蚀率更接近。土壤可蚀性参数分别是0.485、0.283和0.268 s/m,土壤临界剪切应力分别为1.225、1.244和1.381 N/m2。修正数值法可提高数值法近似计算的精度,使近似计算结果更接近解析法计算获得的理论值。饱和较未饱和黄绵土的土壤可蚀性参数略有减小（16.83%）,而临界剪切应力减小了66.97%,表明土壤饱和对黄绵土土壤可蚀性参数影响很小,但大幅度削弱了土壤临界剪切应力,使得黄绵土坡面饱和后土壤侵蚀更为强烈。此外,饱和黄绵土边坡的临界剪切应力比饱和紫色土坡面大6.38%,而细沟可蚀性参数大2.35倍,表明土壤饱和对2种土壤临界剪切应力影响程度相似,但黄绵土较紫色土对土壤侵蚀的敏感性更高。研究结果可为饱和状态下不同土壤坡面细沟侵蚀模型参数的优化提供参考。     

苔藓覆盖对喀斯特林地碳酸盐岩红土剥蚀过程的影响

为探究苔藓覆盖对喀斯特山地土壤剥蚀过程影响的机理,通过野外采集原状土样,结合上方来水冲刷剥蚀试验,分析了不同坡度(5°,20°)与不同土壤含水率(饱和含水率、田间含水率)条件下苔藓盖度与土壤分离能力间的定量关系,解析了坡面流水力特征参数对苔藓覆盖的响应规律.结果表明:在5°和20°坡度下,苔藓覆盖下饱和土壤的土壤剥蚀率...     

贺兰山云杉林根土复合体提高边坡稳定性分析

为了研究贺兰山青海云杉林(Picea crassifolia)边坡根土复合体对边坡稳定性的影响,该文在直剪试验、三轴试验等获得的土壤参数基础上,建立了基于有限元理论的贺兰山青海云杉林边坡稳定性计算数值模型,并在5种坡度条件下(18.43°、21.80°、26.57°、33.69°、45.00°)计算了无林边坡和有林边坡的安全系数、最大塑性应变、最大位移、破坏时间及它们的增长率随坡度的变化规律,并计算了土壤强度参数摩擦角、黏聚力、剪胀角与安全系数的灰色关联度矩阵和平均关联度。结果表明:1)无林边坡与有林边坡的安全系数随坡度的变化规律是一致的,都以幂函数递减。有林边坡相对于无林边坡安全系数的增长率以指数函数增加,且坡度越陡根土复合体对边坡稳定性的提高作用越强;2)根土复合体的存在可以延长边坡的破坏时间,有林边坡的破坏时间均高于无林边坡,根土复合体提高边坡破坏时间的增长率随坡度的增大呈抛物线增加,且坡度越陡提高作用越明显。边坡破坏时有无塑性贯通区会明显改变最大塑性应变、最大位移、破坏时间的值;3)摩擦角、黏聚力、剪胀角3个土壤强度参数中,黏聚力是影响边坡稳定的主导因素,摩擦角、剪胀角的影响次之,此规律不受边坡坡度的影响,这是根土复合体可以显著影响边坡稳定性的根本原因之一。该文的研究结果对于解释森林根土复合体加固边坡作用的本质、推进边坡稳定性计算的数值模拟、防治贺兰山浅层滑坡及水土流失灾害都具有重要的意义。     

开发建设中扰动地面新增水土流失研究

针对神府东胜煤田开采过程中所引发的严重新增水土流失问题,采用野外放水冲刷的试验研究方法,对神府东胜煤田扰动地面新增水土流失机理和流失量进行了初步研究。结果表明:在相同放水冲刷流量和坡度下,原始地面的平均土壤入渗率较扰动地面的增加30%;两种不同类型下垫面的径流量均随时间的增加而增加,冲刷的前6min,径流量均较小,且原始地面>扰动地面,在6min以后,径流量迅速增大,且原始地面<扰动地面,扰动地面的平均径流量较原始地面增加14%;原始地面的侵蚀产沙在整个放水冲刷过程中没有显著变化,基本维持在一个常数水平;扰动地面在放水冲刷0—15min的侵蚀产沙量较高,此后侵蚀产沙随冲刷历时的延长而下降并最终趋于稳定;扰动地面的平均含沙量较原始地面增加96%,平均产沙量增加89%;新增土壤流失量随放水流量和坡度的增大而增大,10°时,新增土壤流失量最大;同一坡度条件下,放水流量越小,土壤流失量增加的百分比就越大,反之则越小。