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渗流潜蚀对粉砂持水性能影响的试验及预测

工程力学 2024年

作者：陈勇沈长云王力王世梅三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室

渗流潜蚀导致粉砂孔隙比与细粒含量同时变化，进而影响土体持水性能及非饱和渗流场。采集不同潜蚀程度的四个土样，并根据其孔隙比或颗粒级配制备四个对照土样，针对八个土样分别开展包含脱吸湿阶段的土水特征曲线试验，揭示孔隙比与细... 详细信息

渗流潜蚀导致粉砂孔隙比与细粒含量同时变化，进而影响土体持水性能及非饱和渗流场。采集不同潜蚀程度的四个土样，并根据其孔隙比或颗粒级配制备四个对照土样，针对八个土样分别开展包含脱吸湿阶段的土水特征曲线试验，揭示孔隙比与细粒含量对砂土持水性能的影响规律，并建立相应的预测模型。研究结果表明：随着潜蚀程度增加，细颗粒含量从35%减少至22%引发孔隙比增大近60%，二者共同作用导致粉砂在50kPa以下低吸力阶段的持水性能明显弱化，干湿循环中的滞回度增大，且两个因素中孔隙比增大对持水性能的影响程度明显大于细粒含量减小的作用效果；结合颗粒流失总量和渗流体应变，推导潜蚀过程中孔隙比的动态变化规律，建立的土水特征曲线预测模型包含孔隙比和细粒含量两个变量，能够反映不同渗流潜蚀程度对砂土持水性能的影响。

关键词：非饱和土土水特征曲线渗流潜蚀细粒含量预测模型

改良黄土崩解特性及黄土路基渗流潜蚀数值模拟研究

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改良黄土崩解特性及黄土路基渗流潜蚀数值模拟研究

作者：陈康帅兰州理工大学

学位级别：硕士

黄土地区的潜蚀发育广泛,这主要是由于黄土具有大孔隙、节理裂隙可发生优势渗流,会造成显著的致灾效应。黄土潜蚀作用对黄土地区的公路路基造成严重威胁和损害,因为潜蚀过程中的地下水动力是诱发路基沉降、暗穴的主要原因。本论文从两... 详细信息

黄土地区的潜蚀发育广泛,这主要是由于黄土具有大孔隙、节理裂隙可发生优势渗流,会造成显著的致灾效应。黄土潜蚀作用对黄土地区的公路路基造成严重威胁和损害,因为潜蚀过程中的地下水动力是诱发路基沉降、暗穴的主要原因。本论文从两方面研究黄土路基的潜蚀问题,一是通过不同改良黄土的崩解试验确定有利于提高路基抗潜蚀的地基处理方法,二是应用数值模拟研究路基潜蚀的主要影响因素。基于以上两方面的研究,论文的主要研究内容及结论如下:(1)对配备制样的改良重塑黄土试样进行了崩解试验研究,观察崩解现象的发生,分析了土体崩解的发展规律。观测结果表明:改良黄土耐崩解特性提升效果由大到小顺序为:水泥、熟石灰、聚丙烯纤维;经过7d的养护,0.85压实度的水泥改良黄土试样不发生崩解现象;经过14d的养护,0.85压实度的石灰改良黄土试样也不发生崩解现象;随着黄土试样压实度的增大,聚丙烯纤维改良黄土试样的崩解速率和崩解率均呈减小趋势。通过土工试验取得黄土的基本物理性质、渗透系数和抗剪强度指标,为后续对黄土路基的数值模拟提供相应参数。(2)本文基于非饱和土力学理论,结合“空气单元”的概念,以含单一裂隙黄土路基为研究对象,采用COMSOL Multiphysics有限元软件建立了地下排水管道破损渗漏条件下含单一裂隙非饱和黄土路基的渗流模型。通过将黄土路基土体基质和裂隙分别离散成有限单元,建立了能有效分析黄土中裂隙-基质流量交换的数值模型。(3)对地下排水管道破损渗漏条件下路基土体内水体入渗进行了模拟,研究了渗流对路基体积含水率和孔隙水压力的影响。结果表明:随着入渗时间的持续,水体优先沿裂隙流动,并快速贯通裂隙,在基质土中渗流缓慢推进;路基深度的增加,水体入渗能力逐渐减弱;入渗强度的增大,导致湿润峰向下加速推进。(4)基于上述研究,通过考虑饱和渗透系数、裂隙宽度、地下水位、入渗强度4种因素,计算分析不同参数因素影响下的体积含水率变化规律,对含单一裂隙非饱和黄土路基管道渗漏情况进行研究。结果表明:增大饱和渗透系数相较于裂隙宽度会明显加快路基的渗流过程,并使得裂隙处的体积含水率随入渗时间的变化而降低。另外,初始含水率的变化,土体的储水能力也会发生变化,从而使得水体入渗至某一深度时,体积含水率会有所增大或减小。地下排水管道渗漏强度对裂隙黄土路基的入渗速率和入渗量都有影响,如果超出了裂隙黄土路基的入渗能力,剩余积水会沿地下排水管道内径流。

关键词：渗流潜蚀崩解特性黄土路基裂隙数值模拟

岩溶分布区地面塌陷成因机制分析——以黔东南某机场飞行区为例

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三峡大学学报（自然科学版） 2022年第2期44卷 56-63页

作者：潘凯谢春庆谭洵吉锋广东中煤江南工程勘测设计有限公司广州410440 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室武汉430071 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室(成都理工大学) 成都610059

以黔东南某机场飞行区地面塌陷为例,采用现场调绘、工程勘探、物探、岩土试验、数值模拟、权重分析等手段,研究了机场地面塌陷的成因机制,并预测了地面塌陷未来发展趋势.结果表明:飞行区地面塌陷形成机制为地下水渗流潜蚀作用形成的土... 详细信息

以黔东南某机场飞行区地面塌陷为例,采用现场调绘、工程勘探、物探、岩土试验、数值模拟、权重分析等手段,研究了机场地面塌陷的成因机制,并预测了地面塌陷未来发展趋势.结果表明:飞行区地面塌陷形成机制为地下水渗流潜蚀作用形成的土洞垮塌,地面塌陷具有明显的时间累积效应和空间差异性分布特征,塌陷时间、分布、规模主要受地形、岩性、水文地质条件、岩溶发育程度、机场地势及排水设计等因素的共同影响.在塌陷灾害治理中,应避免盲目扩大处理,需根据塌陷类型、规模、控制因素分区、分类进行,对地面塌陷集中发育的重灾区可按“片”集中处理,对零星塌陷区可按“点”分散处理,以减少处理费用、提高处理效果,研究成果可供类似工程参考.

关键词：机场飞行区岩溶分布区地面塌陷渗流潜蚀土洞垮塌成因机制

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津浦铁路泰安路基塌陷研究与防治

中国地质灾害与防治学报 1992年第4期3卷 77-86页

作者：王淑彦铁道部第一勘测设计院

本文对津浦铁路泰安路基塌陷机理及产生条件进行了剖析,并据此制定了稳定性分区标准,为工程整治提供了可靠依据。

关键词：岩溶塌陷真空吸蚀渗流潜蚀稳定性分区注浆封堵

降雨入渗条件下皖南山区残积土斜坡浅层滑动稳定性研究

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降雨入渗条件下皖南山区残积土斜坡浅层滑动稳定性研究

作者：张修旺安徽理工大学

学位级别：硕士

滑坡灾害是世界上最严重的地质灾害之一。我国地质灾害中分布最广、灾害最严重的是滑坡灾害,降雨是其主要诱发因素。安徽省是我国地质灾害较为严重的省份之一,每年发生的地质灾害次数、造成的人员伤亡和直接经济损失处于全国前几位。皖... 详细信息

滑坡灾害是世界上最严重的地质灾害之一。我国地质灾害中分布最广、灾害最严重的是滑坡灾害,降雨是其主要诱发因素。安徽省是我国地质灾害较为严重的省份之一,每年发生的地质灾害次数、造成的人员伤亡和直接经济损失处于全国前几位。皖南山区是安徽省的暴雨中心,该区也是地质灾害密集中心,残积土浅层滑坡在所有地质灾害中所占比重最大,灾害最为严重,己成为影响人民生产生活和制约皖南山区经济发展的重要因素之一。本文以安徽省自然科学基金项目“降雨触发浅层滑坡的孔隙水压力作用机制及滑动过程研究——以皖南山区为例”为依托,以皖南山区畈章组滑坡为研究对象,利用该边坡现场调查的数据和室内试验资料,运用饱和非饱和渗流理论以及非饱和土抗剪强度理论,通过数值模拟计算,研究降雨入渗对皖南山区残积土浅层斜坡的稳定性的影响。主要研究成果如下:1、统计分析了皖南山区的灾害发育概况,其中降雨型浅层滑坡是典型,也是分布最广泛的灾害类型。以皖南山区某典型降雨型浅层滑坡——畈章组滑坡为案例,进行了现场调查,并取土样进行了室内土工试验,获得了基本物理力学参数。2、建立了Seep/w分析模型,研究了不同降雨工况下坡体内部渗流场的变化。(1)同一降雨工况下,降雨历时越久,坡体浅层土体的孔隙水压力越大,地下水位线上移值越大。坡体内部的变化幅度要比浅表层土体的变化幅度大。(2)不同降雨强度下,坡体浅层土体的孔隙水压力整体变化趋势是一致的,但是降雨强度越大,坡体浅层土体的孔隙水压力变化幅度越大,地下水位线上移值越大。(3)降雨入渗过程中,坡脚处的地下水位线变化最为明显;坡脚处的地下水位线最先出现抬升上移,坡脚处最先出现暂态饱和区。3、建立了Slope/w分析模型,研究了不同降雨工况下坡体稳定性变化。(1)同一降雨工况下,坡体的稳定性系数随着降雨历时的的增加而逐渐降低。(2)降雨总量相同时,降雨强度越大,坡体的稳定性系数下降的越快、越多。(3)自然状态下,坡体稳定性系数为1.029,处于欠稳定状态。目前坡体仍存在蠕滑变形。随着降雨强度的逐渐增大,坡体稳定性系数急剧减少。(4)不同降雨工况下,坡体潜在滑移面的形状相似。坡体受强降雨影响明显,在持续强降雨天气下发生失稳破坏的可能性很大。(5)分析了滑坡体参数敏感性因素。对坡体稳定性相对最敏感的是滑带土的内摩擦角,其次是滑带土的粘聚力,相对最不敏感是土体的容重。4、建立了Sigma/w分析模型,研究了汛期暴雨工况下坡体内部位移场的变化。(1)随着降雨入渗的进行,坡体浅层的残积土有顺坡向下和向外的位移,并伴随有少量的下沉。坡顶的位移量大于坡脚的位移量;顺坡向外的位移量大于顺坡向下的位移量。若降雨入渗持续作用,坡体浅层残积土的位移变形逐渐增大,坡体滑体与滑床交界处发生滑动的可能性较大。(2)在自然状态下,斜坡朝趋向于平衡稳定的方向演化,极少会发生整体性失稳。降雨入渗条件下,坡体中下部位移变形较明显,有大量土体隆起;滑体与滑床交界处位移较大,可能存在轻微的滑动;坡体上部残积土层以下的滑床部分位移较小,忽略不计;坡脚处的土体有轻微隆起,位移变形较小,发生滑坡的可能性不大。5、建立了无限斜坡渗流模型;在Iverson模型的基础上,推导出了残积土浅层斜坡稳定性计算表达式,本表达式能同时反映出非饱和区饱和度与土体重度在降雨入渗过程中的动态变化。研究了不同降雨工况下渗流潜蚀对坡体非饱和区饱和度、滑动面上孔隙水压力和坡体稳定性系数的影响规律。(1)滑动面处的孔隙水压力随着降雨入渗而逐渐增大,并随降雨结束而逐渐减小。在降雨总量和降雨历时一定的情况下,雨强越大,滑动面孔隙水压力增大越快。(2)降雨入渗条件下,坡体非饱和区能在短时间内达到饱和,并在30 d时间内维持在饱和状态。滑坡体等效重度γ*近似等于其饱和重度γ。(3)坡体稳定系数都随着降雨入渗的进行而逐渐减小,并最终稳定在某一数值,降雨结束后,稳定性系数开始上升,且上升速率明显地小于下降速率。在降雨总量一定时,降雨强度越大,坡体稳定性系数下降的越快、越多,越不利于坡体稳定。(4)渗流潜蚀会影响坡体稳定性,土体细颗粒流失的越多,渗流潜蚀越严重,坡体稳定系数减小越明显;土体颗粒级配越完整,渗流潜蚀越微弱,坡体稳定性系数减小越不明显。

关键词：浅层滑坡稳定性分析降雨入渗残积土斜坡渗流潜蚀

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黄河下游河流动力地质作用

人民黄河 2011年第6期33卷 13-14,149-150页

作者：马沛森张连胜周文闫亚宇河南省地矿局第一水文地质工程地质队河南郑州450045

黄河下游河流动力地质作用主要包括淤积作用、冲刷侵蚀作用和渗流潜蚀,其中黄河下游的淤积作用是最主要的河流动力地质作用。对黄河下游河流动力地质作用效应进行了分析,认为:河流地貌断面形态与输水输沙能力有较大关系;河势变化,尤其... 详细信息

黄河下游河流动力地质作用主要包括淤积作用、冲刷侵蚀作用和渗流潜蚀,其中黄河下游的淤积作用是最主要的河流动力地质作用。对黄河下游河流动力地质作用效应进行了分析,认为:河流地貌断面形态与输水输沙能力有较大关系;河势变化,尤其是河势突变对河流安全运行有重要影响;渗流潜蚀作用降低和改变土体介质的力学强度和物理性状,可引发渗漏、沙沸、流土等不良工程地质现象和堤岸溃决险情。

关键词：河流动力地质作用淤积作用侵蚀作用渗流潜蚀黄河下游

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江西东乡县亭子上岩溶塌陷形成机理研究

江西科学 2014年第1期32卷 17-21页

作者：吴雨夫聂智强冷从德刘云江西省地质灾害应急中心江西南昌330025 江西省天久地矿建设工程院江西鹰潭335001

岩溶塌陷地质灾害对江西东乡县孝岗镇西坪村亭子上居民区造成了严重的经济损失和安全隐患。通过钻探、物探及地下水试验分析,亭子上居民区内岩溶塌陷的3个基本形成条件充分,一是岩溶发育强烈,钻孔见溶洞率达81.8%,小于1 m的岩溶顶板达7... 详细信息

岩溶塌陷地质灾害对江西东乡县孝岗镇西坪村亭子上居民区造成了严重的经济损失和安全隐患。通过钻探、物探及地下水试验分析,亭子上居民区内岩溶塌陷的3个基本形成条件充分,一是岩溶发育强烈,钻孔见溶洞率达81.8%,小于1 m的岩溶顶板达70%;二是具有较厚的含粉质粘土和砂砾石覆盖土体;三是地下水丰富,地下水动力充足。综合认为,在渗流潜蚀和真空吸蚀效应的共同作用下,研究区覆盖土层内形成土洞,再经过降雨或增加荷载导致土体的致塌力上升,使得土洞顶板失稳坍塌形成地面塌陷。

关键词：东乡县覆盖型岩溶岩溶塌陷形成机理渗流潜蚀

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长江中下游河流崩岸研究综述

山东工业技术 2018年第21期 106-106页

作者：李威黎良辉赖敬飞徐富刚南昌大学建筑工程学院南昌330031

本文基于现有长江中下游河流崩岸研究成果进行分析,总结归纳了相应河段河流崩岸的常见机制,提出了崩岸研究面临的问题并进行了一定的思考。

关键词：河流崩岸河流动力学土坡失稳渗流潜蚀