Numerical Simulation of Moisture Movement in Unsaturated Expansive Soil Slope Suffering Permeation

This study develops a way of analyzing moisture movement in unsaturated expansive soil slope. The basic equations and the integrated finite difference method for moisture movement in unsaturated soils are briefly described, and the calculation code MFUS2 has been developed. The moisture movements in unsaturated expansive soil slopes suffering precipitation were simulated numerically. The simulation results show that expansion or contraction must be taken into account in an analysis model. A simplified equivalent model for calculating rainwater infiltration into expansive soil slopes has been developed. The simplified equivalent model divides the soil slope into two layers according to the extent of weathering of the soil mass at depth. Layer Ⅰ is intensively weathered and moisture can be fully evaporated or rapidly absorbed. The moisture movement parameters take into account the greater soil permeability caused by fissures. Layer Ⅱ is unweathered and the soil is basically undisturbed. The moisture movement parameters of homogeneous soils are applicable. The moisture movements in unsaturated ex- pansive soil slopes suffering precipitation were simulated numerically using the simplified equivalent model. The simulation results show that the moisture movement in the expansive soil slope under rainfall permeation mainly takes place in the extensively weathered layer Ⅰ which closely simulates the real situation.

向家坝水电站下游非恒定水沙特性研究

水电站日调节和泄洪引起的非恒定流改变了下游河道的天然水沙过程,将影响下游河道的防洪、航道、港口及船舶航行安全,需研究坝下非恒定流的传播规律、关注航道内比降与流速的变化以及航槽内的输沙特性,实现水电与航运协调发展.结合向家坝水电站下游滩段的物理模型试验与坝下一维数模计算的成果,开展了电站下泄非恒定流对下游水位、流量、比降、流速及输沙的影响研究.结果表明:日调节引起的坝下水位、流量变化沿程坦化,水位与流量变幅沿程减小;随着电站泄水波的行进,峰前瞬时比降和水流速度相应增大,退水时沿程水面比降与流速随谷减小,随后恢复原有的比降(流速)与流量关系;泄水波峰前最大比降随流量变率的增大而增加,与流量的变幅无关;非恒定流输沙率大于恒定流的输沙率.

降雨入渗对板岩边坡稳定的影响及加固措施研究

板岩边坡在国内边坡工程中较为常见,常伴有倾倒变形,在其特有的结构性质影响下边坡失稳频发。通过对苗尾水电站右坝基板岩边坡失稳现象分析,研究了板岩边坡在降入入渗情况下的变形特征,在该基础之上运用稳定理论探讨降雨入渗影响边坡失稳机制,结合实例分析提出了板岩边坡失稳加固关键措施,并通过现场实际检验效果。研究结果表明,板岩边坡的节理特性、开挖坡比、降雨入渗是造成板岩边坡失稳的关键因素,进行加固必须从防雨下渗和束腰加固着手。苗尾水电站右坝基板岩边坡加固后经受住了汛期和炮震的影响,说明边坡失稳认识及加固措施较为准确,对于类似工程具有一定的参考价值。

厚覆盖层暂态饱和边坡稳定性分析方法

针对暂态水压力影响下的厚覆盖层边坡稳定性分析问题,基于不同暂态饱和区形式,提出了暂态水压力的计算方法,推导了考虑暂态水压力影响的边坡稳定性分析的Bishop方法,并利用VB语言编制了相应分析程序。结合汝郴高速某段覆盖层边坡,对是否考虑暂态水压力影响两种不同计算工况下的边坡稳定性进行了分析。研究结果表明:暂态饱和区厚度越大,边坡安全系数越小;暂态饱和区厚度相同条件下,受暂态水压力影响的边坡安全系数更低;随着暂态饱和区的扩大,边坡安全系数降低率保持扩大趋势,最高达39.79%;边坡潜在滑动面位置在暂态饱和区厚度大于4m后基本与湿润锋位置相切,深度呈增加趋势。

降雨条件下厚覆盖层边坡的渗流特性

基于实际降雨资料及饱和-非饱和渗流理论,对算例边坡在设计降雨方案条件下的孔隙水压力变化、体积含水率以及暂态饱和区的发展与消散进行时间和空间上的研究。研究结果表明:在降雨过程中边坡表层一定深度内,孔隙水压力逐渐增大,降雨停止后,孔隙水压力缓慢降低;边坡表层体积含水率随着降雨时间的持续逐渐达到饱和含水率,并保持不变;当降雨停止后,体积含水率才开始沿着坡面向下逐渐降低;暂态饱和区是在边坡表层土体达到饱和并形成连通区域后产生的,滞后于孔隙水压力和体积含水率的增大;暂态饱和区在形成的空间顺序上表现为先坡脚及各级台阶处,后边坡坡面,而消散顺序刚好相反。

非饱和-非稳定渗流条件下的边坡临界滑动场

受季节性降雨或水库运行的影响,岸坡外水位及坡内孔隙水压力场的变化较大,不利于岸坡的稳定性。在水位变化过程中,利用非饱和-非稳定渗流有限元计算得到孔隙水压力场,基于非饱和土的渗流和抗剪强度理论,对水位变化过程中的边坡临界滑动场法进行改进,提出可考虑水位变化与岸坡非饱和-非稳定渗流过程的边坡临界滑动场数值模拟方法。将改进后的水位变化过程中的边坡临界滑动场法分别应用于黏土、粉土岸坡在水位升降过程中的稳定性分析,研究了水位升降速率及基质吸力对岸坡稳定性的影响,并揭示了边坡在水位变化过程中的稳定性变化历程。研究表明,该方法计算结果合理、可靠,更适用于涉水边坡的稳定性计算,且岸坡稳定性变化历程受水位升降速率、基质吸力等多种因素共同影响,只有在考虑非稳定渗流的基础上同时考虑基质吸力的作用才能正确得出水位变化过程中岸坡稳定性变化规律和实质。

外部降雨条件和内部瞬态承压水作用对堆积层滑坡的影响分析和数值模拟

[目的]分析瞬态承压水的发育特征,为该类滑坡的预防和治理提供科学借鉴。[方法]以浙江省丽水市松阳县范山头滑坡为例,对其松散堆积体边坡内部的瞬态承压水的作用机理进行模拟和研究,通过分析滑坡区域的地质背景条件、水文地质条件、变形破坏特征,并与降雨数据进行对比,采用GeoStudio数值模拟软件对不同的降雨条件和坡体初始水位进行模拟。[结果]当滑坡体存在渗透性差异很大的不同岩土层时,强降雨作用或者较高的初始水位会促进瞬态承压水的出现和发展,降低边坡的稳定性。[结论]外部降雨和瞬态承压水的产生和发展对堆积层滑坡的产生有重要的影响作用,降低了坡体的稳定性,促进了滑坡的出现。

降雨条件下边坡暂态饱和区形成条件与演化特征数值分析

为分析降雨入渗条件下边坡暂态饱和区形成条件与演化特征,开展不同坡度条件下边坡降雨入渗数值模拟计算,分析降雨条件下边坡暂态饱和区形成条件,研究降雨强度、饱和渗透系数、坡度等多因素对边坡暂态饱和区演化特征的影响。研究结果表明,降雨条件下边坡暂态饱和区的形成条件为:①降雨强度大于等于岩土体饱和渗透系数;②降雨入渗进入饱和状态土控制入渗阶段。降雨条件下,降雨入渗影响区、暂态饱和区均持续向下扩展;降雨停止后,地下水位线以上的岩土体孔隙水压力、体积含水气量持续降低,且地下水位线不断升高。降雨强度小于岩土体饱和渗透系数时,降雨入渗影响区扩展速率与降雨强度呈正相关;降雨强度大于等于岩土体饱和渗透系数时,降雨入渗影响区、暂态饱和区扩展速率受降雨强度影响较小。降雨期间,降雨入渗影响区、暂态饱和区扩展速率与饱和渗透系数随深度的变化率δkz呈正相关,孔隙水压力峰值与δkz呈负相关;降雨停止后,地下水位线、孔隙水压力峰值与δkz呈正相关。降雨初期,降雨入渗影响区面积、孔隙水压力峰值与坡度呈正相关;降雨后期及降雨停止后,降雨入渗影响区面积、暂态饱和区面积、地下水位线高度与坡度呈负相关。

库水位骤降条件下均质土石坝渗流稳定分析

本文基于Van Genuchten非饱和渗流模型综合分析了土石坝饱和—非饱和渗流,以工程实际为例,研究了水位骤降工况下土石坝渗流稳定问题.结果表明:库水位骤降工况下,上游水位的变化对坝体渗流量的影响较大;库水位急剧降落易使浸润线形成逆向渗流形态,并造成土石坝坝坡稳定性的降低,但是当孔隙水压力消散时间足够长时,上游坝坡稳定性有一定程度的提高.

矿井瞬变电磁法探测工作面外帮水体技术

通过矿井瞬变电磁探测技术对阳城煤矿1311工作面外帮进行水体空间分布探测,共布置5个测区,分别对1311工作面轨道巷及轨顺联络巷面外斜上60°方向、水平方向、斜下45°方向及1311工作面轨顺联络巷出水点进行探测,采用自行开发的"矿井TEM数据处理与解释系统"对数据的处理,得到了工作面外帮视电阻率低阻异常区域范围,保证了该区域的安全回采。

库水下降下土石坝瞬态渗流特性及渗流对坝坡抗滑稳定影响

库水位变化引起的瞬态渗流对土石坝坝坡稳定性影响显著,为此依托某土石坝工程,开展不同库水位下降速率和坝体渗透性下大坝瞬态渗流场计算,分析坝体浸润线滞后程度及上游坝面渗流量变化特性,进而在考虑坝体材料抗剪强度随机分布的基础上对坝坡开展瞬态渗流作用下的抗滑稳定性分析,获得坝坡稳定安全系数及失稳概率变化曲线。计算结果表明:库水位下降速率v越大,坝体渗透系数ks越小,浸润线的滞后程度越显著;v越大或ks越大,到达稳定降落水位时的外渗流量越大;库水位下降结束瞬时坝体浸润线滞后率最大,使得坝坡稳定安全系数最小,相应的失稳概率最大,随着时间延续安全系数会不断回升,失稳概率相应降低;建立的坝坡稳定安全系数和失稳概率与浸润线滞后率的拟合关系式可为综合评估大坝运行安全提供理论指导。

悬挂型暂态饱和边坡稳定性分析方法研究

针对降雨入渗引起的暂态饱和边坡稳定性问题,考虑暂态饱和边坡重度变化、基质吸力以及暂态水压力的影响,分析了降雨入渗条件下暂态饱和边坡失稳机制,揭示了暂态水压力分布规律,并阐述了相应的暂态水压力数学计算方法。依据边坡滑动面是、否位于悬挂暂态饱和区内2种分布条件,提出了考虑暂态水压力、基质吸力及重度变化的Janbu极限平衡分析方法,并编写了可自动搜索圆弧形和折线形滑面的暂态饱和边坡稳定性计算程序。通过算例深入研究了悬挂型暂态饱和边坡安全稳定性的变化规律以及滑移机制。研究结果表明:降雨前期,由于暂态饱和区厚度较小,边坡基质吸力作用对边坡稳定性影响占主导作用;持续降雨引起暂态饱和区厚度增加条件下,边坡内暂态水压力逐渐转化为边坡失稳的主控因素,边坡安全系数持续下降;相同计算条件下,随着暂态饱和区厚度的增加,折线形滑动面的安全系数始终小于圆弧形滑动面的安全系数;折线形最危险滑动面的深度随暂态饱和区厚度的增加呈减小趋势,但普遍浅于圆弧形滑动面。圆弧形滑动面的深度呈现先减少后增加的趋势,深入研究发现此现象与边坡底部暂态水压力及边坡的抗剪强度参数密切相关。悬挂型暂态饱和边坡更容易产生浅层折线形滑动破坏。

考虑暂态饱和区的边坡稳定性极限平衡分析方法

降雨入渗导致边坡表层出现暂态饱和区并形成暂态水压力。为了研究暂态水压力对边坡稳定性的影响,通过文献研究,总结归纳了边坡暂态饱和区存在形态类型及暂态水压力分布特点,并定义了暂态水压力分布比例系数。基于费伦纽斯条分法,改进了条分假定,提出了考虑条块侧向已知水荷载影响的安全系数计算方法,推导了边坡潜在滑动面位于暂态饱和区与非饱和区两种情形下的安全系数计算公式,编写并验证了可以考虑暂态水压力影响的边坡稳定性分析程序,并进行算例分析。研究表明:边坡安全系数随暂态饱和区厚度的增大而减小,超过一定深度后安全系数将基本维持不变;暂态饱和区厚度相同条件下,暂态水压力分布系数越大边坡安全系数越小;随着暂态饱和区厚度增加,边坡最不利潜在滑动面位置深度呈现减小→增加→减小→增加的变化规律;由于忽略了条间荷载影响,传统费伦纽斯条分法安全系数计算值偏大。

降雨工况下粗粒土高路堤边坡暂态饱和区时空演变规律模型试验

基于室内模型试验及相似理论,利用含水率测试仪、张力计、土压力盒分别监测长时间大雨、短时间暴雨2种降雨工况下粗粒土高路堤边坡体积含水率、基质吸力、坡前推力变化规律,研究这2种降雨工况下粗粒土高路堤边坡暂态饱和区时空演变规律,揭示暂态饱和区变化影响下粗粒土高路堤边坡失稳机理。结果表明:2种降雨工况下降雨初期,暂态饱和区主要分布在边坡表层,体积含水率逐层上升、基质吸力逐层消散;随降雨不断持续,长时间大雨工况下暂态饱和区主要呈S形分布,暂态饱和区扩展过程中路堤边坡各级坡脚处的体积含水率先上升、基质吸力先消散,坡前推力主要分布在路堤边坡坡脚深处,边坡土体抗剪强度削弱区域首先分布在各级路堤坡脚处并逐渐向边坡内部扩展;短时间暴雨工况下暂态饱和区呈J形分布,暂态饱和区在下路堤坡脚处分布的面积较大,暂态饱和区扩展过程中下路堤边坡下部坡脚附近体积含水率先上升、基质吸力先消散,坡前推力由表层向路堤深处逐渐增大,土体抗剪强度削弱区域主要分布在下路堤边坡坡脚处。