Internal instability is a phenomenon of fine particle redistribution in granular materials under the seepage action and consequent change in the soil’s internal structure and hydraulic and mechanical properties. It is one of the primary causes of failures of sand-gravel foundations and embankment dams. The criteria establishment is considered the key to solving the erosion problems, so the existing internal stability criteria need a review and classification to study the recent development trends in soil seepage and erosion. Therefore, this paper aims at reviewing the internal stability factors of gap-graded soil with a focus on the internal erosion mechanism and internal stability evaluation based on geometric and hydraulic criteria. Firstly, the paper compared the effect of several commonly used geometric criteria for gap-graded soil evaluation, such as particle size, fine content, void ratio, and fractal dimension. Furthermore, it provided a hydraulic criteria overview and analyzed the effects of the hydraulic gradient, hydraulic shear stress, confining pressure, and pore velocity on internal erosion. The geometric–hydraulic coupling methods were introduced, with a detailed elaboration of the erosion resistance index method based on accumulated dissipated energy. The capabilities and limitations of these criteria were discussed throughout the paper. It was found that combined Kezdi’s criterion and Kenney and Lau’s criterion is more reliable to evaluate internal stability of soil. The gap-graded soil with fine particle content higher than 35% is not necessarily internally stable. Finally, the energy-based method (erosion resistance index method) can effectively reproduce the total amount of erosion mass and the final spatial distribution of fine particles and identifies erosion. The review's outcome can be used as a basis to evaluate the internal erosion risk for gap-graded soils. The evaluation methods discussed here can help identify the zones of relatively high erosion potential.
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针对河岸崩塌问题分析和研究,在考虑江河水位升降引起坡外水压力变化及坡内非稳定渗流基础上,同时考虑水流冲刷引起的河床冲深及河岸后退,提出了水流冲刷过程中的边坡临界滑动场和适用于天然江河崩岸的数值模拟,并对水流冲刷过程中的崩岸问题进行了分析。通过对两类不同土质岸坡的崩岸数值模拟,分析了水流冲刷引起的河床冲深及河岸后退过程中坡体的稳定性变化,探讨了不同土质岸坡的崩岸类型及崩塌模式。结果表明,坡度较陡的黏性岸坡崩塌时趋近于平面破坏且通过坡脚;坡度较缓的粉土岸坡崩塌时沿曲面破坏,且在水位骤降过程中易发生局部崩塌。 相似文献
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在弯道水槽中展开系列试验,研究水力冲刷过程中均质土岸坡冲刷崩塌输移与河床冲淤过程及其影响因素。该过程及变化特征可描述为:水下坡面侵蚀及坡脚淘刷导致岸坡失稳崩塌;暂时堆积在凹岸坡脚处的崩塌体加剧附近水流紊动程度利于其输运与分解;分解后较粗的颗粒随弯道螺旋流以推移质形式被输移至下游凸岸落淤,较细的颗粒大部分都随水流以悬移质形式被携带至下游出口;水流结构随岸坡及河床变形而调整;如此循环往复。试验成果进一步表明:冲刷状态下,试验材料黏性越小、近岸流速越大、作用时间越长,岸坡冲刷崩塌量及河床冲刷量都越大;同条件下岸坡冲刷崩塌总量大于河床冲刷总量,且河床相对冲刷率随岸坡冲刷崩塌量的增大而减小,数值范围为0.40~0.92。 相似文献
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在弯道水槽中展开系列试验,研究水力冲刷过程中非粘性岸坡冲刷崩塌与河床冲淤交互作用过程及其影响因素,进一步分析塌岸淤床泥沙贡献率。试验成果表明,水流冲刷过程中岸坡破坏是水流淘刷岸坡坡脚、岸坡崩塌及崩塌体淤积坡脚并在河床上输移掺混的交互作用反复循环过程。塌岸淤床模式及掺混程度与近岸流速、主流贴岸程度、水位及河床边界条件等关系密切。近岸流速越大、水位越高,岸坡总冲刷坍塌量、河床总淤积量以及河床累计淤积率也越大,稳定后的岸坡越趋平缓;河床可动程度越大,岸坡总冲刷坍塌量及其在河床上的总淤积量也越大,但河床累计淤积率却越小;水位越高,在弯道段等横向输沙强度较大的地方,岸坡冲刷崩塌体与河床发生掺混的程度也越大。 相似文献
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二元结构河岸下部非黏性土层持续冲刷侵蚀, 上部黏性土体崩塌并堆积于凹岸坡脚, 改变弯道水流结构并影响河岸二次侵蚀过程。为探究崩塌体对急弯河道水力特性的影响, 以荆江石首河段为背景, 建立弯道三维水流数学模型, 模拟不同崩塌体尺寸下的弯道水流结构, 并对比分析壁面剪切力的变化规律。结果表明: ①崩塌体堆积于凹岸坡脚驱离水流动力轴线, 减小凹岸次环流强度并改变环流方向。②崩塌体对弯道不同区域壁面剪切力的影响不同, 其中, 床面及凸岸坡面的平均壁面剪切力增大; 凹岸坡面平均壁面剪切力在崩塌体头部及上游区域减小, 在崩塌体尾部区域增大。③崩塌体越大, 剪切力变化幅度越大, 剪切力相对变化幅度为崩塌体截面积变化幅度的2%~10%。研究成果可为河道整治及岸线规划利用提供技术支撑。 相似文献
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二元结构河岸失稳后,上部河岸发生崩塌并堆积在近岸,从而改变近岸水流结构并影响河岸二次侵蚀过程。为了探索弯道凹岸不同部位的崩塌体对近岸水流结构的影响,以长江中游石首河段为背景,开展概化模型试验,采用多普勒流速仪（ADV）精细测量崩塌体附近三维水流流速,并对比分析有无崩塌体时水流及壁面剪切力的变化规律。结果表明:位于顶冲点上游的崩塌体,使纵向流速最大区域远离凹岸,从而使崩塌体与河岸坡脚之间区域内的平均壁面剪切力减小;而位于顶冲点下游的崩塌体,使纵向流速最大区域靠近凹岸,从而使崩塌体与河岸坡脚之间区域内的平均壁面剪切力增大。研究成果丰富了对二元结构河岸侵蚀过程的认识,有利于河岸侵蚀模型的发展与完善。 相似文献
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在弯道水槽中开展6组试验,分别用非黏性土及黏性土填筑河床,研究相同水力作用下近岸河床组成对黏性岸坡崩塌的影响规律。研究发现,在试验给定的岸坡及河床组成情况下,非黏性河床凹冲凸淤且总体表现为淤积,近岸河床及凹岸岸坡冲刷强度大,凸岸附近床面上泥沙掺混较明显;黏性河床及凹岸岸坡均被冲刷,河床主流区冲刷强度比近岸河床及凹岸岸坡大。相较于黏性河床,非黏性河床近凹岸处较易冲刷,水流结构重新调整,凹岸坡脚处水流流速及紊动能可增至2倍左右,环流强度可增至11倍,加速了岸坡崩塌及崩塌体的分解输移;非黏性河床近凹岸坡脚处变形以及凹岸岸坡崩塌量均相对较大,岸坡崩塌强度为河床淤积强度的2~4倍,崩塌物质可充分补给河床的泥沙来源;经水力冲刷后非黏性河床组成情况下形成的河道滩槽高差相对较小,河道横断面相对宽浅。 相似文献
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以二元结构河岸崩塌模式为研究背景,在弯道水槽中展开系列试验,研究凹岸坡脚处成型崩塌体在水力作用下输移过程及其对岸坡稳定性与河床冲淤的交互影响。试验成果表明,崩塌体经水力分解破碎呈块状、片状或颗粒状起动,部分随水流带至凸岸或下游,堆积在坡脚附近的崩塌体残留量随水力作用大小及土体特性不同而变化。崩塌体临水面周围尤其上下游端水流紊动强烈易形成较大剪切力区,临坡面上下游端附近剪切力较无崩塌体时减小;崩塌体体积越大,对剪切力区特征的改变也越明显。崩塌体的存在虽不能制止附近岸坡的再次崩塌,但可能抑制崩岸发展及附近河床淤积的程度,崩塌体的粘性或体积越大,这种抑制作用越显著;相同崩塌体抑制附近河床淤积的程度较抑制岸坡崩塌的程度大。 相似文献
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潮沟在海岸动力作用下因沟壁崩塌而频繁地迁移摆动,显著影响潮滩-潮沟系统的稳定性。现有研究多关注涨潮时期潮沟内部的水流冲刷,落潮期间的渗流侵蚀过程却少有涉及,亟需研究渗流对潮沟沟壁稳定性的影响机制。本研究通过物理模型试验探究渗流对潮沟沟壁崩塌的影响,从沟壁崩塌类型、沟壁线变化过程和沟壁后退速率3个方面开展分析。研究结果表明：沟壁破坏类型与渗流水头相关,渗流水头的增加导致破坏类型由悬臂破坏转变为张拉破坏;沟壁后退速率与渗流水头之间存在正相关关系。本研究揭示了渗流作用下潮沟沟壁崩塌的力学机理,阐明了落潮不同阶段沟壁的崩塌过程,对研究潮沟演变有重要意义。 相似文献
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根据洞庭湖区堤防地质特征,建立二元结构堤基堤内压盖模型。基于渗流有限元理论和虚单元固定网格法,编制了堤内压盖渗流有限元程序。通过在压盖上方增加大量强透水性空气单元的方式,解决了压盖渗流计算中经常遇到的2次入渗问题。同时,研究了压盖宽度对防渗效果的影响,得到在堤内有、无水塘的情况下压盖宽度与堤内最大渗透坡降的影响曲线,指出影响曲线主要呈线性变化的趋势,并提出了用于确定临界压盖宽度的临界破坏点法,该法以压盖宽度-堤内最大渗透坡降影响曲线的延长线与天然覆盖层的允许渗透坡降线的交点作为临界破坏点,临界破坏点左侧的堤内区域为可能破坏区域,需要压盖加固;右侧为安全区域,不需加固。临界破坏点法的应用,大幅度地减小了有限元计算模型,避免了多次重复的有限元计算,显著地提高了计算效率,与规范、有限差分等传统方法相比优势明显。 相似文献
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库水位涨落对库岸滑坡稳定性的影响 总被引：9，自引：0，他引：9
三峡水库正常蓄水后, 库水位在175~145m之间周期性波动, 滑坡地下水渗流状态将会发生较大的改变, 可能导致滑坡失稳.因此, 研究库水位周期性波动下滑坡的稳定性具有十分重要的意义.提出了土水特征曲线的多项式约束优化模型和采用饱和-非饱和渗流数值模型.以赵树岭滑坡为例, 利用有限元数值计算了库水位在175~145m之间波动下地下水渗流场, 将计算得到的孔隙水压力用于滑坡的极限平衡分析, 探讨了库水位上升和下降对库岸滑坡稳定性的影响.研究表明: 多项式优化模型可以很好地拟合非饱和土的土水特征曲线; 库水位上升时滑坡稳定性系数总体逐渐增大, 库水位下降时滑坡稳定性系数总体逐渐减小; 无论是库水位上升还是下降到库水位155m时, 其稳定性系数最小; 同一库水位下, 库水位上升时的稳定性系数比下降时的稳定性系数大. 相似文献
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A novel particle based Bluff Morphology Model (BMM) developed by the authors is extended in this paper to investigate the effect of two dimensional seepage on the stability and collapse of soil slopes and levees. To incorporate the seepage in the model, Darcy’s law is applied to the interactions among neighbouring soil particles and ghost particles are introduced along the enclosed soil boundary so that no fluid crosses the boundary. The contribution of partially saturated soils and matric suction, as well as the change in hydraulic conductivity due to seepage, are predicted well by the present model. The predicted time evolution of slope stability and seepage induced collapse are in reasonable agreement with the experimental results for homogeneous non-cohesive sand and multiple layered cohesive soils. Rapid drawdown over a sand soil is also investigated, and the location and time of the levee collapse occurrence are well captured. A toe erosion model is incorporated in the BMM model, and the location and quantity of erosion from lateral seepage flow is well predicted. The interplay of erosion, seepage and slope instability is examined. 相似文献
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Strength reduction FEM in stability analysis of soil slopes subjected to transient unsaturated seepage 总被引：1，自引：0，他引：1
The instability of soil slopes induced by the fluctuation of water level or rainfall has received much attention in the literature recently and the failure mechanism is closely related to the change of matric suction of unsaturated soils. Such a change is basically induced by unsaturated transient seepage. The traditional approach for estimating the stability of slopes subjected to unsaturated transient seepage is based on the limit equilibrium method (LEM). The limit equilibrium approach is limited by assumptions about analysis method and failure mechanism. In order to overcome those limitations, a finite element method with shear strength reduction technique (SSRFEM) has been successfully applied to the slope stability analysis in absence of seepage. The main objective of this paper is to extend the use of the strength reduction FEM to include the effects of unsaturated transient seepage and some primary numerical results concerning the stability of an earth dam under rapid drawdown are presented. Emphasis has been given to comparison of the safety factors obtained by LEM and SSRFEM. Topics for the further research in this area are also suggested. 相似文献
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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。 相似文献
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为深入认识渗透变形对粗粒土渗透性及压缩性的影响,利用自主研发的加载式大型渗透变形仪对不同级配的粗粒土试样进行渗透变形全过程试验及侧限压缩对比试验,获得了不同试件产生渗透变形的临界水力梯度、渗透系数演化规律及损伤变化特性。研究成果表明：渗透变形过程中渗流路径中下游部位产生了渗透挤密效应,引起局部渗透性降低;在后期增加的水头作用下,先前产生渗透挤密部位的渗透性逐渐增大。试样产生渗透变形后,压缩模量减小;颗粒级配不同,渗透破坏引起的压缩损伤程度亦不相同。试件产生渗透变形后,在重力和渗透力作用下,试件结构将产生重构现象。 相似文献
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降雨诱发浅层滑坡渐进破坏分析研究 总被引：1，自引：0，他引：1
为分析降雨诱发浅层滑坡的演变过程。本文以湖南湘西古丈滑坡为例,基于Green-Ampt入渗模型,进行了降雨诱发浅层滑坡渐进破坏分析。研究结果表明:在强降雨作用下,滑坡的失稳破坏主要是由于前缘土体以及中前部土体的局部破坏,而逐渐发展为整体破坏。并且,受滑坡地形影响,地形平缓的区域虽然湿润锋下渗较快,土体抗剪强度较低,但由于土体饱和带的渗流作用较小,而重力提供垂直于滑面的分力较大,该部分稳定性较为良好,故湿润锋对于滑坡稳定性的影响还应该根据不同地形条件加以分析。渐进式滑坡破坏分析方法对滑坡的监测和防治具有重要的指导意义。 相似文献
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