降雨和库水位升降条件下考虑非饱和渗透系数空间变异的边坡可靠度分析

降雨和水位升降对库岸边坡具有显著影响,传统确定性分析难以准确评估其稳定性。考虑降雨和水位升降联合作用下水力参数的空间变异性,进行非饱和土边坡可靠度分析具有重要意义。以赣江库区中的莒洲岛边坡为研究对象,以贝叶斯方法校准的多元水力参数的联合随机场为基础,建立非饱和土边坡的稳定性分析方法。根据有限的岩土力学室内试验数据,采用贝叶斯方法校准土水特征曲线的模型参数,并从VGM、VGB、VG和FX模型中选出最优模型;联合多元水力参数的随机统计特征,生成非饱和土边坡渗透系数的随机场空间分布;针对2021年5月赣江水位快速升降并伴随暴雨的工程背景,将上述方法应用于莒洲岛库岸边坡的稳定性分析。研究结果表明,暴雨与水位变化的联合作用对边坡安全系数的影响显著,确定性分析的边坡安全系数偏低,考虑非饱和渗透系数空间变异性后计算所得到的SWCC综合可靠指标不能满足规范要求,需采取额外的边坡工程加固措施以保证边坡的长期稳定性。

基于Copula理论的高桩码头岸坡可靠性分析

高桩码头岸坡稳定性对整体码头结构安全至关重要。为进一步探究高桩码头岸坡土体强度参数相关性及空间变异性对高桩码头岸坡可靠性的影响规律,基于Copula理论考虑岸坡土体参数的联合概率分布特性,采用PLAXIS计算平台建立高桩码头-岸坡体系数值计算模型,进一步通过Python API接口,编译完成了可自动数据交互与求解的外挂子程序SAPW,并实现了高桩码头岸坡体系参数化前处理、样本工况计算和可靠性求解的一体化、全链条可靠性分析框架流程,并在此基础之上结合蒙特卡罗模拟方法,开展了相关数值计算与参数化分析,探讨了黏聚力、内摩擦角变异系数以及二者相关系数对高桩码头岸坡可靠性的影响规律。结果表明:在高桩码头设计与分析中,忽略土体参数相关性和空间变异性会高估岸坡失效概率,进而导致相关可靠度分析偏于保守,在高桩码头岸坡可靠度分析中宜采用多种Copula函数进行综合考虑。

植被恢复模式对河岸边坡土壤性质的影响研究

为了对不同植被恢复模式下的河岸边坡土壤的性质进行研究,此次研究以辽河保护区内的流域边坡为研究对象,采用了刺槐、小蓬草、杨树、狗牙根和草本植物五种植被恢复模式对河岸边坡进行改善,然后设置不同的实验分别对五种植被恢复模式下的土壤理化性质进行探究。实验结果表明,狗牙根种植区下的土壤容重可以达到0.162 g/cm^(3)。小蓬草种植区下的土壤含水量、有机质和有效磷含量分别可以达到16.2%、24.7 g/kg,和0.11 g/kg。五种植被恢复模式下的pH值范围在7.7~8.3之间。故不同植被恢复模式对土壤性质的影响具有差异性。

堆场堆载作用下岸坡及高桩码头响应特性研究

堆场长期堆载会导致软土发生明显变形,影响岸坡稳定并威胁临近码头结构在运维期的安全性。以天津港高桩码头结构为工程背景,建立软土、高桩码头与荷载的三维有限元分析模型,研究了堆场堆载作用下软土岸坡及高桩码头结构响应特性。研究结果表明:堆场堆载会导致地表出现明显沉降变形,同时接岸结构下方软土会发生侧向运动;后承台靠近堆场处的桩基会发生显著的水平变形并在顶部产生明显的弯矩响应,易于导致桩帽位置处混凝土开裂损伤;堆载宽度的减小对土体与结构的位移峰值影响较小,但会显著影响堆场土体的沉降范围;在后承台无堆载工况下,桩帽与上部结构间会出现相对滑移,易于造成构件之间的错位破损。

生态护坡技术在城市砂土质河道治理中的应用

岸坡防护是河道防洪、水土流失控制、河道整体景观改善的关键措施。与传统岸坡防护相比,生态护坡能更好地将岸坡防护与河道生态环境改善结合在一起,更有利于保持和恢复河流的自然属性。砂土质岸坡稳定性差,易遭雨水侵蚀,因此需要有针对性地提出岸坡防护方案。以浉河三期水环境综合治理工程中生态岸坡防护为例,分析了现状河道岸坡主要问题,并提出了多种生态岸坡防护技术,以期为类似河道岸坡防护提供工程实例参考。

波浪侵蚀诱发碎石土岸坡变形的模拟试验研究

波浪对岸坡的侵蚀不仅造成水土流失,甚至诱发塌岸和滑坡灾害发生。为探究波浪侵蚀对碎石土岸坡变形的影响,开展了波浪侵蚀岸坡的水槽试验,采用PIV技术对不同侵蚀阶段的岸坡位移进行定量处理,并利用ABAQUS中的“生死单元”功能模拟实现不同阶段的岸坡前缘侵蚀,分析侵蚀进程对岸坡应力场和位移场的影响。研究结果表明:岸坡坡度越大、碎石含量越少,岸坡侵蚀速率越快;水槽试验和数值模拟均表明岸坡后部变形相较于前部变形小,且存在滞后现象,呈现牵引式变形的特征;侵蚀改变了岸坡前缘形态,导致上部土体产生卸荷效应,是岸坡变形的内在原因。

周期性潮位下碎石桩复合地基岸坡稳定性分析

针对碎石桩复合地基布置对岸坡整体稳定性的影响,进行数值建模分析及现场试验。采用Geostudio有限元软件结合某碎石桩复合地基岸坡工程实例进行模拟计算的方法,分析不同碎石桩间距、施打范围以及周期性潮位变化对岸坡稳定的影响,同时开展海侧前沿增加碎石桩的试验段对比监测。结果表明,碎石桩间距变化对岸坡稳定性影响较小,周期性潮位变化下海侧安全系数的浮动区间较陆侧大,岸坡前沿增大碎石桩施打范围有利于护岸整体的稳定。在不改变桩径及桩间距的条件下,在岸坡海侧前沿加宽一定的碎石桩范围,可增强滑动面内的复合地基整体抗剪强度比例,达到提高海侧岸坡稳定性的效果。

空港区内河防洪提升河道综合治理实践

以揭阳空港区内的登岗河治理为研究对象,通过梳理河道现状,针对其河道淤积,行洪能力下降,水质下降的问题现状,将河道整治中心线基本上沿原河道中心布置,局部调整,平顺河道,重点进行了河道清淤疏浚和护岸整治。清除河道垃圾、腐烂淤泥、消除卡口,适当增大过流断面,从而提高河道过流能力。设计的生态护岸满足了岸坡稳定性要求。也设计了施工中的水土保持方案。

基于BSTEM的河岸崩塌机理研究

河岸崩塌现象在天然河流中非常普遍,在河道演变中发挥着重要作用。为了量化研究河岸土体性质和岸坡倾角对河岸稳定性的影响,基于计算河岸稳定和坡脚冲刷的BSTEM模型,选取6种不同典型物质的河岸,研究了6种岸坡倾角下均质河岸的稳定性。在忽略潜水位的条件下,非粘性岸坡和粘性岸坡的崩塌模式不同。对于非粘性河岸,影响河岸稳定性的主导因素是有效内摩擦角,有效内摩擦角越大,河岸越稳定;对于粘性河岸,影响河岸稳定性的主导因素是有效粘聚力,有效粘聚力越大,河岸越稳定。有效粘聚力差值相同时,有效内摩擦角差值的绝对值越小,安全系数增加越多。岸坡倾角增加使河岸稳定性降低,安全系数减小。非粘性河岸的有效内摩擦角越大,安全系数对岸坡倾角的变化越敏感。而对于粘性河岸,有效粘聚力越大,安全系数对岸坡倾角的变化越敏感。

泥石流防治对策与新方法

基于云南地质灾害防治历程和云南高原泥石流防治面临的问题,提出了资源与环境理念的泥石流防治对策与新方法。泥石流防治的基本对策是实施泥石流全流域地质灾害链的系统防治;其目标既要减灾防灾,同时保护土壤资源,兼顾实现砂石料与土壤资源的开发利用,还要避免形成堰塞湖及河湖淤积等新的环境问题;泥石流防治一是通过水土保持工程技术改善流域生态环境,减缓泥石流蓄势速度(可流动松散物质的积蓄速度),二是科学分离和处理泥石流固体物质,变“拦挡、疏排”为“拦淤、清淤”,将泥石流泥沙作为资源开发利用,将“固床、护岸,拦挡、疏排”改进为“保土、稳坡,固床、护岸,拦淤、清淤”。

降雨及库水升降作用下地下水浸润线简化求解

降雨及库水的升降作用对边坡中地下水位的波动有直接影响,对此目前还没有较好的简便评价方法。为此,根据布西涅斯克潜水非稳定运动的基本微分方程,依据一定假设条件,通过拉普拉斯正变换和逆变换,求得了降雨及库水升降作用下土质岸坡坡体内浸润线预测的简化公式。该公式考虑了渗透系数、升降速度、给水度、含水层厚度、水位变幅及降雨强度的影响。同时,利用3D-Modflow程序进行了验证分析,结果显示该公式是可行的。

库水位升降作用下土质岸坡变形特征实验研究

库水位升降作用下三峡库区土质岸坡坡体吸水、应力集中及滑移变形,形成不同时段和不同空间部位的裂缝体系。通过模型试验的方法,分析了土质岸坡在一个蓄水降水循环周期内裂缝体系的时空演化分期配套规律。试验结果表明:蓄水初期,裂缝主要出现在岸坡前缘水位线附近,且出现频率高、规模逐渐增大,岸坡出现局部坍塌破坏;蓄水中期,岸坡前后缘均有裂缝出现,但出现频率低、规模减小;蓄水后期,前缘裂缝发育基本消失,后缘裂缝继续发育,岸坡以沿滑动面整体蠕滑为主;水位上升过程中暂停蓄水时裂缝发展缓慢。降水阶段,拉张裂缝主要出现在岸坡坡体后缘,初期降水裂缝出现频率较低,发展缓慢;后期降水裂缝出现频率、规模变大,产生下座变形及下错台坎;水位下降阶段岸坡沿滑动面发生整体缓慢蠕滑。

基于浪蚀龛和土体临界高度的修正的卡丘金法及其工程应用

水库运行期间库岸再造预测是工程地质领域的重要和热门研究课题之一。基于卡丘金法采用半经验性、半定量的模式,简化了水文地质条件的影响,并忽略了波浪对库岸的掏蚀作用等缺陷,针对土质岸坡,提出了基于浪蚀龛和土体临界高度的卡丘金修正法;建立了库岸再造稳定时限估算方法;并采用极限平衡法、卡丘金法和构建的土质岸坡再造预测方法对三峡库区奉节白马港岸坡进行了塌岸预测。计算结果表明,修正的卡丘金法的计算结果与其他两种预测方法相比偏小,但偏差在8.05 m以内,并通过现阶段库岸地质调查表明,预测结果比较符合实情。研究成果对库岸区域土地资源开发利用及防灾减灾具有积极意义。

库水作用下公路土质岸坡稳定性影响因素综合评判

以三峡库区公路土质岸坡为研究对象,通过对库水作用的影响效应分析,建立了岸坡稳定性评价的参数指标评价体系以及相应的分级标准。在此基础上,应用影响因素综合评判方法,对实例岸坡进行了稳定性分级评价,评价结果与实际情况基本相符。

水位降落期间土质岸坡稳定性劣化机理及趋势

以三峡库区典型的土质岸坡为研究对象,通过GeoStudio软件对库区岸坡进行数值模拟,计算水库蓄水期间,水位由175 m降落到145 m的工况下,岸坡的饱和-非饱和渗流场的变化趋势,研究土质岸坡稳定性劣化机理。计算结果表明:库水位降落期间,随着渗透系数的减小,土质岸坡稳定系数下降得越快,且岸坡稳定系数曲线有相似的下降趋势。

北疆地区砾石土岸坡冲刷破坏大比尺模型试验及其破坏机理研究

以北疆地区广泛存在的砾石土重建岸坡,开展砾石土岸坡冲刷破坏大比尺模型试验研究。引入新型观测方法——三维激光扫描技术,对岸坡冲刷破坏全过程进行观测,并详细分析获取的扫描数据。联合三维激光扫描和现场传统测量成果,依据不同阶段的破坏特征,将岸坡破坏划分为3个阶段,即冲刷破坏阶段、局部失稳阶段和整体失稳阶段,确定北疆地区砾石土岸坡的冲刷变形失稳过程与破坏模式。基于砾石土岸坡大比尺模型试验成果,推导建立砾石土岸坡稳定性计算公式和局部失稳破坏高度预测公式,并建立砾石土岸坡冲刷破坏阶段和局部失稳阶段的有机联系,以深入揭示砾石土岸坡失稳破坏机理。

土体蠕变作用下高桩码头变形分析方法研究

高桩码头使用过程中,土体的弹塑性变形与蠕变变形会引起较大的结构位移,进而影响结构的使用安全。文章采用修正Drucker-Prager/Cap模型和Singh-Mitchell模型模拟土体本构关系,结合三维精细有限元理论,提出了一种分析土体变形对高桩码头结构影响的数值分析方法,并将其应用于天津港高桩码头的分析计算。结果表明,该方法可以较好地反映土体弹塑性变形与蠕变变形对结构的影响,将为土体变形对高桩码头的影响研究提供一条可行的途径。

库水升降作用下的类土质岸坡变形与破坏试验分析

三峡库区类土质岸坡广布,受库水位升降、浸泡等影响,其变形与破坏演化过程极为复杂,其防治十分困难。基于3D激光扫描技术,通过对库区水库运行期间类土质岸坡模型试验模拟其变形与破坏,进行分析获得了类土质岸坡变形破坏演化特征:蓄水浸泡软化诱发类土质岸坡变形破坏具有突发性特征,岸坡破坏发生在坡脚低水位有限的30%浸泡区域,且呈现渐进性破坏模式,孔隙水压力曲线变现为相对稳定、波动以及稳定增长3个阶段,此波动是库岸裂纹发育的直观表征;受库水浸泡作用影响使类土质岸坡坡中出现沉降变形位移显著,位移监测显示在高水位线附近监测的位移出现突变,在岸坡后缘形成卸荷裂隙区域显著;试验库水位降落时致坡内形成的渗透流驱动力显著,诱发坡体内坡中位置产生大量平行裂缝,朝坡脚局部发生偏转,孔隙水压力曲线变化分为缓慢降低、快速下降和负孔隙水压力三个阶段,负孔隙水压力阶段是岸坡裂纹快速贯通阶段;再次蓄水浸泡使裂缝横向扩展贯,加剧诱发类土质岸坡坡脚大面积破坏垮塌,有可能形成整体性滑移。为进一步研究类土质岸坡变形破坏模式与防治具有一定借鉴意义。

水位升降对库区非饱和土质岸坡稳定性的影响

针对传统的饱和土理论在分析库岸边坡渗流和稳定问题中存在的不足,以非饱和-饱和渗流分析程序模拟水位升降过程中岸坡内孔压场(包括浸润线以上的基质吸力场).在此基础上,考虑基质吸力对抗剪强度的贡献及其对安全系数的影响,进行了边坡稳定的极限平衡分析,并对影响岸坡渗流场的主要水力参数进行了敏感性分析.分析结果表明,坡外水位升降时,坡内浸润线及其上的基质吸力场发生显著变化,进而影响岸坡稳定;水位升降过程中,岸坡安全系数的变化规律非常复杂,坡内孔隙水压力、坡外水推力和土体容重对稳定安全系数的贡献规律随水位变化而变化;土体的渗透性能和土-水特征曲线的斜率显著影响了水位升降过程中岸坡稳定安全系数的变化规律.

金沙江宜宾—白鹤滩段岸坡类型与稳定性

在现场调研和深入研究宜宾—白鹤滩段岸坡地质背景和岩体力学环境条件的基础上,根据岸坡岩土体的结构特征和地形特征,将金沙江宜宾—白鹤滩段约410 km长的沿江地带岸坡类型划分为4个大类9个亚类9个小类,并详细阐述了各类岸坡发育分布特征与稳定性状况.结果表明,顺向等倾岸坡和斜向倾内层状岸坡是滑坡的易发地段,而崩塌则在陡倾内层状和斜向倾内层状岸坡中最易发生;变形体主要集中发育于平缓倾内层状岸坡和中一陡倾外层状岸坡.研究结果对金沙江宜宾—白鹤滩段岸坡稳定性评价和岸坡失稳的预测和防治具有重要的实际应用价值,可为“西电东送”重点工程区岸坡失稳的预测和防治提供了科学的地质依据.