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连续降雨下黄土陡坡开裂及稳定性评价

王磊 李荣建 刘军定 杨正午 师金锋

王磊,李荣建,刘军定,等. 连续降雨下黄土陡坡开裂及稳定性评价[J]. 水利水运工程学报,2022(4):77-86. doi:  10.12170/20211022003
引用本文: 王磊,李荣建,刘军定,等. 连续降雨下黄土陡坡开裂及稳定性评价[J]. 水利水运工程学报,2022(4):77-86. doi:  10.12170/20211022003
(WANG Lei, LI Rongjian, LIU Junding, et al. Stability evaluation and cracking research of steep loess slope under continuous rainfall[J]. Hydro-Science and Engineering, 2022(4): 77-86. (in Chinese)) doi:  10.12170/20211022003
Citation: (WANG Lei, LI Rongjian, LIU Junding, et al. Stability evaluation and cracking research of steep loess slope under continuous rainfall[J]. Hydro-Science and Engineering, 2022(4): 77-86. (in Chinese)) doi:  10.12170/20211022003

连续降雨下黄土陡坡开裂及稳定性评价

doi: 10.12170/20211022003
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(12102379);陕西省重点研发计划项目(2020ZDLGY07-03);陕西省教育厅科研项目(21JK0991)
详细信息
    作者简介:

    王 磊(1985—),男,陕西西安人,讲师,博士研究生,主要从事黄土力学及边坡工程研究。E-mail:707960373@qq.com

    通讯作者:

    李荣建(E-mail:lirongjian@xaut.edu.cn

  • 中图分类号: TU43

Stability evaluation and cracking research of steep loess slope under continuous rainfall

  • 摘要: 连续降雨导致边坡失稳破坏是黄土边坡常见的地质灾害之一。为了深入研究连续降雨对黄土陡坡渗流场、变形场及稳定性的影响,利用具有侧向隔渗和纵向减阻作用的隔离槽技术对黄土陡坡的两侧降雨边界进行处理,在此基础上开展黄土陡坡现场连续降雨(6 d)试验并进行数值模拟分析,描述了黄土陡坡开裂过程和特征,分析了坡体含水率和孔压响应,并探讨了裂缝对陡坡稳定性的影响。结果表明:边界隔离会导致连续降雨陡坡坡顶形成近乎横向贯通的裂缝,基本消除了局部降雨以外土体的边界约束效应;连续降雨后期陡坡开裂对坡体含水率及孔压分布产生较大影响,最大含水率及孔压中心以裂缝为竖向对称轴下移,并造成降雨结束4 d后水分总下渗深度为降雨期间的1.3倍;连续降雨导致陡坡的安全系数降低了58%,而降雨结束4 d后陡坡的安全系数提升了9%,降雨期间边坡开裂极易引发陡坡上半部滑坡。研究结果可为黄土地区边坡的降雨灾害防治提供参考。
  • 图  1  吴起县年际降雨量分布柱状图

    Figure  1.  Annual rainfall distribution in Wuqi County

    图  2  试验边坡修整

    Figure  2.  Treatment of the steep loess slope

    图  3  边坡隔离阻断边界技术示意

    Figure  3.  Isolation and blocking boundary technology of slope

    图  4  土壤水分传感器布置(单位:m)

    Figure  4.  Diagram of moisture sensors and rainfall layout (unit: m)

    图  5  降雨现场

    Figure  5.  Rainfall on site

    图  6  测点体积含水率变化曲线

    Figure  6.  Water content curve at measuring point

    图  7  陡坡降雨开裂情况(单位:m)

    Figure  7.  Steep loess slope cracking (unit: m)

    图  8  坡顶左侧隔离边界附近细部裂缝发展过程

    Figure  8.  Development of cracking near the isolated boundary

    图  9  陡坡模型边界条件及网格划分

    Figure  9.  Boundary conditions and mesh of slope

    图  10  体积含水率等值线

    Figure  10.  Contours of volumetric water content

    图  11  数值计算中测点体积含水率变化曲线

    Figure  11.  Water content curve at measuring point in numerical calculation

    图  12  孔隙水压力等值线(单位:kPa)

    Figure  12.  Contours of pore water pressure of slope (unit: kPa)

    图  13  数值计算中测点孔隙水压力变化曲线

    Figure  13.  Pore water pressure curve of slope at measuring point in numerical calculation

    图  14  安全系数变化曲线

    Figure  14.  Safety factor curve of slope

    表  1  试验场地土的物性指标

    Table  1.   Physical property of soil at test site

    天然含水率 / %饱和度/%干密度/(g·cm−3)抗拉强度/kPa液限/%塑限/%断裂能/(N·m−1)
    8.93 25.51 1.32 5.32 26.43 16.42 3.84
    压缩模量/MPa 渗透系数/(m·s−1) 湿陷系数 黏聚力/kPa 内摩擦角/°
    天然 饱和 天然 饱和
    18.05 5.72×10−6 0.11 16.315 9.050 26.62 23.93
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-10-22
  • 网络出版日期:  2022-06-18
  • 刊出日期:  2022-08-23

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