Research on Stability of Transmission Tower Foundations in Collapsible Loess Areas under Continuous Heavy Rainfall Conditions

CHEN Bin; WU Jiale; JIA Yanfeng; CHU Mingyue; LI Biao; YANG Songlin

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20250125001

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Research on Stability of Transmission Tower Foundations in Collapsible Loess Areas under Continuous Heavy Rainfall Conditions

更新时间：2025-08-27

- Research on Stability of Transmission Tower Foundations in Collapsible Loess Areas under Continuous Heavy Rainfall Conditions
- Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering Vol. 45, Issue 4, Pages: 712-725(2025)
- 作者机构：
  
  1.湖北省输电线路工程技术研究中心（三峡大学），湖北宜昌 443002
  2.三峡大学电气与新能源学院，湖北宜昌 443002
  3.国网河南省电力公司三门峡供电公司，河南三门峡 472000
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20250125001
  CLC： TU443
- Received：25 January 2025，
  
  Revised：2025-03-31，
  
  Published：28 August 2025
- 稿件说明：
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陈彬,吴家乐,贾燕峰等.持续性强降雨条件下湿陷性黄土地区输电铁塔基础稳定性研究[J].防灾减灾工程学报,2025,45(04):712-725.

CHEN Bin,WU Jiale,JIA Yanfeng,et al.Research on Stability of Transmission Tower Foundations in Collapsible Loess Areas under Continuous Heavy Rainfall Conditions[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(04):712-725.
陈彬,吴家乐,贾燕峰等.持续性强降雨条件下湿陷性黄土地区输电铁塔基础稳定性研究[J].防灾减灾工程学报,2025,45(04):712-725. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20250125001.

CHEN Bin,WU Jiale,JIA Yanfeng,et al.Research on Stability of Transmission Tower Foundations in Collapsible Loess Areas under Continuous Heavy Rainfall Conditions[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(04):712-725. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20250125001.

摘要

持续性强降雨条件下黄土体水力梯度上升，土体由非饱和状态向饱和状态转变，容易导致黄土地区输电铁塔基础发生失稳问题。为研究降雨对湿陷性黄土地区铁塔基础稳定性的影响，基于非饱和土Mohr‑Coulomb模型，计及土体的黏聚力、内摩擦角、密度、泊松比与饱和度之间的非线性关系，构建考虑降雨入渗和应力场耦合的铁塔基础渗流‑应力耦合模型。通过该模型揭示降雨条件下湿陷性黄土地基的水力特征时空演化规律，分析前峰型、后峰型、中峰型、均匀型降雨模式下的基础‑土体空间应变与应力响应特征。结果表明：在降雨总量和附加应力相同条件下，后两种降雨模式对湿陷性黄土地区塔基的扰动最为显著，基础的早期累积沉降量显著大于前锋型和后峰型降雨模式。降雨入渗过程中，入渗区土体竖向有效应力逐步降低，基础‑土体界面的负侧摩擦阻力绝对值随之增大。对比分析湿陷性黄土地区掏挖式、灌注桩和阶梯型三种常用基础在降雨过程中的抗沉降性能，发现掏挖式基础因扩大头结构能有效延缓负摩阻力的发展，具有优异的抗湿陷性沉降性能。

Abstract

Under continuous heavy rainfall conditions

the hydraulic gradient of loess increases

and the soil transitions from an unsaturated to a saturated state

which can easily lead to instability of transmission tower foundations in loess areas. To investigate the influence of rainfall on the stability of tower foundations in collapsible loess areas

a seepage-stress coupling model for tower foundations was established based on the Mohr-Coulomb model for unsaturated soil. This model incorporated the nonlinear relationships between soil cohesion

internal friction angle

density

Poisson's ratio

and saturation

considering the coupling between rainfall infiltration and the stress field. Using this model

the spatiotemporal evolution patterns of hydraulic characteristics in collapsible loess foundations under rainfall were revealed

and the spatial strain and stress response characteristics of the foundation–soil system were analyzed under four rainfall patterns: early-peak

late-peak

mid-peak

and uniform patterns. The results showed that under the same total rainfall and additional stress conditions

the latter two rainfall patterns caused the most significant disturbance to the foundations in collapsible loess areas

with the early-stage cumulative settlement of the foundation being significantly greater than that under early-peak and late-peak patterns. During the rainfall infiltration process

the vertical effective stress in the infiltrated soil gradually decreased

and the absolute value of the negative lateral friction resistance at the foundation-soil interface increased accordingly. A comparative analysis of the anti-settlement performance of three common foundation types—excavated

cast-in-place pile

and stepped foundations—in collapsible loess areas during the rainfall process revealed that the excavated foundation can effectively delay the development of negative friction resistance due to its enlarged head structure

demonstrating excellent resistance to collapsible settlement.

关键词

Keywords

references

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