留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

含砾土坡坡面降雨和坡脚浸泡模型试验研究

周成 王一冰 王涵 谭昌明

周成, 王一冰, 王涵, 谭昌明. 含砾土坡坡面降雨和坡脚浸泡模型试验研究[J]. 水利水运工程学报, 2019, (6): 96-106. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.06.011
引用本文: 周成, 王一冰, 王涵, 谭昌明. 含砾土坡坡面降雨和坡脚浸泡模型试验研究[J]. 水利水运工程学报, 2019, (6): 96-106. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.06.011
ZHOU Cheng, WANG Yibing, WANG Han, TAN Changming. Model tests of gravel soil slope under rainfall and slope toe immersion[J]. Hydro-Science and Engineering, 2019, (6): 96-106. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.06.011
Citation: ZHOU Cheng, WANG Yibing, WANG Han, TAN Changming. Model tests of gravel soil slope under rainfall and slope toe immersion[J]. Hydro-Science and Engineering, 2019, (6): 96-106. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.06.011

含砾土坡坡面降雨和坡脚浸泡模型试验研究

doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.06.011
基金项目: 

国家自然科学基金面上项目 51579167

详细信息
    作者简介:

    周成(1970—),男,江苏赣榆人,教授,博士,主要从事环境岩土工程和岩土的生态加固及本构数值模拟的研究。E-mail:czhou@scu.edu.cn

  • 中图分类号: TU43

Model tests of gravel soil slope under rainfall and slope toe immersion

  • 摘要: 降雨是诱发边坡失稳的重要因素,为此开展了含砾量分别为10%,20%和40%的含砾土坡的坡面降雨和坡脚浸泡的模型试验。利用体积含水率和吸力传感器测试了含砾土坡的水土特性,观测了边坡湿润锋的发展过程,利用PIV技术研究了边坡的位移变形过程;通过控制坡脚水位及坡顶后续加载研究了坡脚浸泡作用下土坡的沉降变形规律。试验结果表明:降雨条件下,含砾量越高,土坡坡面侵蚀发育越缓慢,边坡的细粒土越容易达到完全饱和状态;坡土饱和后,含砾量10%的土坡主要以坡面侵蚀和变形为主,不易发生整体破坏,含砾量20%和40%的坡土均发生了整体滑移破坏。坡脚浸泡过程中,含砾量越高,边坡变形量越小,在水位下降过程中基质吸力恢复越快,在浸水过程中边坡吸力丧失范围越小。在坡脚浸泡及后续坡顶加载作用下,含砾量10%的土坡会产生较大变形,含砾量20%的土坡最容易发生破坏,含砾量40%的土坡稳定性良好。
  • 图  1  模型试验装置及传感器埋设示意(单位:cm)

    Figure  1.  Schematic diagram of model test equipment and sensor set up (unit: cm)

    图  2  坡脚浸泡模型装置纵断面(单位:cm)

    Figure  2.  Longitudinal profile of slope toe immersion model test equipment (unit: cm)

    图  3  传感器埋设位置横剖面(单位: cm)

    Figure  3.  Transverse profile of sensor burying position (unit: cm)

    图  4  不同含砾量坡土的级配曲线

    Figure  4.  Grading curves of slope soil with different gravel contents

    图  5  不同含砾量坡土的体积含水率和坡土吸力随降雨历时的变化曲线

    Figure  5.  Variation curves of volume moisture content and suction of slope soil with different gravel contents during rainfall

    图  6  降雨过程中不同含砾量的土坡的湿润锋界面线随时间发展规律

    Figure  6.  Development of wetting front interfacial lines of soil slopes with different gravel contents with time during rainfall

    图  7  不同含砾量土坡的最终位移矢量

    Figure  7.  Vector diagrams of the final displacement of soil slopes with different gravel contents

    图  8  不同含砾量土坡最终变形破坏形态

    Figure  8.  Final deformation failure mode of soil slopes with different gravel contents

    图  9  降雨过程中不同含砾量土坡的坡面侵蚀破坏照片

    Figure  9.  Slope surface erosion diagrams of soil slopes with different gravel contents during rainfall

    图  10  不同含砾量土坡随水位变化的沉降曲线

    Figure  10.  Settlement curves of soil slopes changing with water level with different gravel contents

    图  11  不同含砾量土坡在不同水位时体积含水率和的吸力历时曲线

    Figure  11.  Diachronic curves of volume moisture content and suction of soil slopes with different gravel contents at different water levels

    表  1  不同含砾量坡土的基本物理力学参数及饱和作用下抗剪强度参数下降比例

    Table  1.   Basic physical and mechanical parameters of slope soil with different gravel contents and decreasing ratios of shear strength parameters under saturation condition

    含砾量/% 最大干密度/(g·cm-3) 最优含水率/% 内摩擦角/° 黏聚力/kPa 饱和渗透系数/(cm·s-1) 饱和后内摩擦角下降比例/% 饱和后黏聚力下降比例/%
    非饱和 饱和 非饱和 饱和
    10 1.722 19.28 17.10 10.66 31.8 20.0 8.787×10-6 37.66 37.11
    20 1.880 17.80 17.66 16.55 55.0 13.7 3.597×10-5 5.72 75.09
    40 1.986 15.12 22.86 20.40 84.7 40.2 4.228×10-4 10.74 52.54
    下载: 导出CSV
  • [1] 章诗芳, 王玉芬, 贾蓓, 等.中国2005-2016年地质灾害的时空变化及影响因素分析[J].地球信息科学学报, 2017, 19(12): 1567-1574. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dqxxkx201712003

    ZHANG Shifang, WANG Yufen, JIA Bei, et al. Analysis of spatial and temporal variations and influencing factors of geological disasters in China from 2005 to 2016[J]. Journal of Geo-information Science, 2017, 19(12): 1567-1574. (in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dqxxkx201712003
    [2] 曾铃, 付宏渊, 何忠明, 等.饱和-非饱和渗流条件下降雨对粗粒土路堤边坡稳定性的影响[J].中南大学学报(自然科学版), 2014, 45(10): 3614-3620. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=zngydxxb201410039

    ZENG Ling, FU Hongyuan, HE Zhongming, et al. Impact of rainfall on stability of granular soil embankment slope considering saturated-unsaturated seepage[J]. Journal of Central South University (Science and Technology), 2014, 45(10): 3614-3620. (in Chinese) http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=zngydxxb201410039
    [3] 张卢明, 郑明新, 何敏.滑坡防治前后滑带土基质吸力特征研究[J].岩土力学, 2010, 31(10): 3305-3312. doi:  10.3969/j.issn.1000-7598.2010.10.044

    ZHANG Luming, ZHENG Mingxin, HE Min. Study of characteristics of matric suction in landslide slip soils before and after landslide control[J]. Rock and Soil Mechanics, 2010, 31(10): 3305-3312. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1000-7598.2010.10.044
    [4] 何忠明, 邓喜, 唐昊龙, 等.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[J].中国公路学报, 2018, 31(2): 261-269. doi:  10.3969/j.issn.1001-7372.2018.02.028

    HE Zhongming, DENG Xi, TANG Haolong, et al. Experiment on spatial and temporal evolution of transient saturated zone of coarse soil high embankment slope under rainfall condition[J]. China Journal of Highway and Transport, 2018, 31(2): 261-269. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1001-7372.2018.02.028
    [5] 丁勇.人工降雨模拟作用下的黄土高边坡稳定性研究[D].西安: 西北大学, 2011. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10697-1011087661.htm

    DING Yong. Study on the stability of high loess slope under artificial rainfall simulation[D]. Xi'an: Northwest University, 2011. (in Chinese)) http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10697-1011087661.htm
    [6] OKURA Y, KITAHARA H, OCHIAI H, et al. Landslide fluidization process by flume experiments[J]. Engineering Geology, 2002, 66(1-2): 65-78. doi:  10.1016/S0013-7952(02)00032-7
    [7] MORIWAKI H, INOKUCHI T, HATTANJI T, et al. Failure processes in a full-scale landslide experiment using a rainfall simulator[J]. Landslides, 2004, 1(4): 277-288. doi:  10.1007/s10346-004-0034-0
    [8] 赵偲聪.土质边坡降雨离心模型试验研究[D].成都: 西南交通大学, 2014. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10613-1014252050.htm

    ZHAO Sicong. Centrifuge model tests on the engineering soil slope under rainfall condition[D]. Chengdu: Southwest Jiaotong University, 2014. (in Chinese) http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10613-1014252050.htm
    [9] 姚裕春, 姚令侃, 袁碧玉.降雨条件下边坡破坏机理离心模型研究[J].中国铁道科学, 2004, 25(4): 64-68. doi:  10.3321/j.issn:1001-4632.2004.04.012

    YAO Yuchun, YAO Lingkan, YUAN Biyu. Analysis of a centrifugal model of slope damage mechanism during rainfall[J]. China Railway Science, 2004, 25(4): 64-68. (in Chinese) doi:  10.3321/j.issn:1001-4632.2004.04.012
    [10] HLAVÁ ČIKOVÁ H, DANKO M, HOLKO L, et al. The soil water regime of stony soils in a mountain catchment[C]//European Geosciences Union, General Assembly 2016. Vienna: EGU, 2016.
    [11] 任敏.含砾石紫色土坡面砾石分异特点及入渗特性研究[D].武汉: 华中农业大学, 2011.

    REN Min. Study on spatial distributions of rock fragments in purple soils on hillslopes and its water infiltration properties[D]. Wuhan: Huazhong Agricultural University, 2011. (in Chinese)
    [12] 朱元骏, 邵明安.含砾石土壤降雨入渗过程模拟[J].水科学进展, 2010, 21(6): 779-787. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/skxjz201006007

    ZHU Yuanjun, SHAO Ming'an. Simulation of rainfall infiltration in stony soil[J]. Advances in Water Science, 2010, 21(6): 779-787. (in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/skxjz201006007
    [13] 吴冰, 邵明安, 毛天旭, 等.模拟降雨下坡度对含砾石土壤径流和产沙过程的影响[J].水土保持研究, 2010, 17(5): 54-58. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stbcyj201005012

    WU Bing, SHAO Ming'an, MAO Tianxu, et al. Effects of slope gradient on runoff and sediment process in stony soil by stimulated rainfall[J]. Research of Soil and Water Conservation, 2010, 17(5): 54-58. (in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stbcyj201005012
    [14] 胡明鉴, 汪稔, 孟庆山, 等.降雨作用下砾石土斜坡坡面形态及临界特性[J].岩土力学, 2006, 27(9): 1549-1553. doi:  10.3969/j.issn.1000-7598.2006.09.024

    HU Mingjian, WANG Ren, MENG Qingshan, et al. Gravelly soil slope surface shape and criticality under rainfall conditions[J]. Rock and Soil Mechanics, 2006, 27(9): 1549-1553. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1000-7598.2006.09.024
    [15] 胡明鉴, 汪稔, 张平仓.蒋家沟流域松散砾石土斜坡滑坡频发原因与试验模拟[J].岩石力学与工程学报, 2002, 21(12): 1831-1834. doi:  10.3321/j.issn:1000-6915.2002.12.017

    HU Mingjian, WANG Ren, ZHANG Pingcang. Causes and experimental simulation of frequent landslides on loose gravel soil slopes in Jiangjiagou watershed[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2002, 21(12): 1831-1834. (in Chinese) doi:  10.3321/j.issn:1000-6915.2002.12.017
    [16] 颜宇森, 雷海英.川东淀粉厂含碎石粉质粘土滑坡稳定性研究[J].水文地质工程地质, 2008, 35(3): 19-22, 27. doi:  10.3969/j.issn.1000-3665.2008.03.005

    YAN Yusen, LEI Haiying. Study on the stability of the Chuandong starch factory landslide of the pebbly silty clay in east Sichuan Province[J]. Hydrogeology & Engineering Geology, 2008, 35(3): 19-22, 27. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1000-3665.2008.03.005
    [17] 贾官伟, 詹良通, 陈云敏.水位骤降对边坡稳定性影响的模型试验研究[J].岩石力学与工程学报, 2009, 28(9): 1798-1803. doi:  10.3321/j.issn:1000-6915.2009.09.009

    JIA Guanwei, ZHAN Liangtong, CHEN Yunmin. Model test study of slope instability induced by rapid drawdown of water level[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2009, 28(9): 1798-1803. (in Chinese) doi:  10.3321/j.issn:1000-6915.2009.09.009
    [18] 杨春宝, 朱斌, 孔令刚, 等.水位变化诱发粉土边坡失稳离心模型试验[J].岩土工程学报, 2013, 35(7): 1261-1271. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=ytgcxb201307010

    YANG Chunbao, ZHU Bin, KONG Linggang, et al. Centrifugal model tests on failure of silty slopes induced by change of water level[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2013, 35(7): 1261-1271. (in Chinese)) http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=ytgcxb201307010
    [19] 王涵.降雨条件下含砾量对土质边坡稳定性影响的试验研究[D].成都: 四川大学, 2018.

    WANG Han. Experimental study on the influence of different content of gravel on the stability of soil slopes under rainfall condition. Chengdu: Sichuan University, 2018. (in Chinese)
  • [1] 徐硕昌, 刘德仁, 王旭, 安政山, 张转军, 金芯.  重塑非饱和黄土浸水入渗规律的模型试验研究 . 水利水运工程学报, 2023, (1): 140-148. doi: 10.12170/20210903001
    [2] 占鑫杰, 李文炜, 杨守华, 朱群峰, 许小龙, 黄慧兴.  冲击碾压法加固堰塞坝料的室内模型试验研究 . 水利水运工程学报, 2023, (): 1-10. doi: 10.12170/20220224001
    [3] 周铭瑞, 周秉南, 刘健峰, 陆伟刚.  立式轴流泵装置外特性试验研究 . 水利水运工程学报, 2022, (): 1-7. doi: 10.12170/20220410003
    [4] 马斌, 刘永玺, 李会平, 刘东明, 姚烨.  窄深河谷近坝库岸滑坡涌浪特性及传播规律 . 水利水运工程学报, 2021, (5): 120-128. doi: 10.12170/20210416001
    [5] 张劢捷, 杨文琦, 周成, 陈群, 李登华.  植被联合植筋带护坡水力特性模型试验 . 水利水运工程学报, 2021, (3): 136-143. doi: 10.12170/20200830005
    [6] 杨喜涛, 王建华, 范怡飞.  砂土中钻井船插桩对邻近群桩影响的模型试验 . 水利水运工程学报, 2020, (3): 75-81. doi: 10.12170/20190316001
    [7] 徐磊, 颜士开, 施伟, 王刚, 金玉杰, 周歆宇, 孙世宏.  虹吸式出水流道水力性能数值计算湍流模型适用性 . 水利水运工程学报, 2019, (4): 42-49. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.04.006
    [8] 刘清君, 张晋勋, 孙天霆, 徐华, 王登婷, 李秦.  岛礁地形抛石护岸稳定性试验研究 . 水利水运工程学报, 2019, (5): 69-75. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.05.009
    [9] 陈诚, 夏云峰, 黄海龙, 王驰, 金捷, 周良平.  大型河工模型分布式表面流场测量系统研制及应用 . 水利水运工程学报, 2018, (1): 17-22. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.01.003
    [10] 李建东, 王旭, 张延杰, 李凡, 李盛, 罗浩洋.  黄土地基地下连续墙基础竖向抗压特性试验研究 . 水利水运工程学报, 2018, (5): 89-94. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.05.013
    [11] 孙洪亮, 刘亚坤, 张鸿煜, 刘洁洁.  弧形闸门前漩涡特性研究 . 水利水运工程学报, 2017, (2): 10-15. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.02.002
    [12] 贡金鑫, 高树飞, 陈浩群, 沈雪松.  桶式基础气压模型试验和有限元分析 . 水利水运工程学报, 2015, (5): 21-29.
    [13] 陈作强,宣国祥,黄岳,李君,金英.  渠江富流滩船闸输水系统水力学模型试验 . 水利水运工程学报, 2012, (4): 82-86.
    [14] 何进朝,母德伟.  嘉陵江土湾滩航道整治模型试验研究 . 水利水运工程学报, 2012, (4): 24-28.
    [15] 陈诚,贾宁一,蔡守允.  模型试验测量技术的研究应用现状及发展趋势 . 水利水运工程学报, 2011, (4): -.
    [16] 赵建钧,程璐,冯春平.  循环水泵房侧向进水流道水力优化设计及模型试验 . 水利水运工程学报, 2009, (1): -.
    [17] 李君,宣国祥,黄岳.  赣江石虎塘航运枢纽船闸输水系统水力学模型试验 . 水利水运工程学报, 2009, (1): -.
    [18] 李焱,郑宝友,周华兴.  升船机中间渠道的航行水力特性和尺度试验研究 . 水利水运工程学报, 2007, (2): 23-29.
    [19] 陈进,黄薇.  钢衬钢纤维混凝土背管结构研究 . 水利水运工程学报, 2004, (4): 15-20.
    [20] 徐连民,王兴然.  等向硬化类弹塑性本构模型的隐式应力积分算法 . 水利水运工程学报, 2004, (3): 24-27.
  • 加载中
图(11) / 表 (1)
计量
  • 文章访问数:  245
  • HTML全文浏览量:  79
  • PDF下载量:  9
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2019-07-18
  • 刊出日期:  2019-12-01

/

返回文章
返回