地震和降雨耦合作用下边坡稳定性分析——以泸州王岩滑坡为例

摘要

降雨和地震作为边坡破坏的主要影响因素，二者对边坡的破坏机理完全不同。西南地区不仅地震频发而且降雨量充沛，2008年汶川地震后，震区降雨时常发生且余震不断，导致大量的次生灾害发生，因此对降雨_地震耦合作用下的边坡稳定性研究具有十分重要的意义。本文分别从降雨、地震和降雨_地震耦合三种工况出发，探讨耦合作用对边坡的作用机理。主要研究内容如下:
　　(1)基于FLAC3D的fish平台，编写了边坡降雨程序，研究了降雨强度和降雨持续时间对边坡稳定性产生的影响。不同降雨强度下，边坡内孔隙水压力呈现出不同的上升模式。降雨持续作用下，暂态饱和区范围不断扩大，降雨时间足够长时边坡的主要变化为坡内基质吸力的降低。降雨前期，边坡稳定性系数快速下降，随着坡内孔隙水压力的升高，边坡稳定性系数下降逐渐变缓，此时降雨强度的变化对边坡稳定性的影响也越来越弱。
　　(2)给含有地下水的边坡施加地震波，通过控制地震波的最大峰值加速度，研究地震作用对边坡的破坏模式。地震作用后，坡体表现出不同程度上的位移变化，但变化值均很小。地震作用下坡脚处首先发生塑性破坏且破坏范围随着峰值加速度的增大不断向周边扩大，地震结束后塑性区内的破坏作用即停止。对于坡内非饱和区而言，地震作用使坡内孔隙水压力升高，导致坡体的基质吸力降低，但对边坡稳定性的影响不大。
　　(3)对雨后边坡施加地震波，以研究降雨_地震耦合作用下边坡的破坏机制。地震作用使坡面暂态饱和区内的孔隙水被挤出，一定程度上增加了表层岩土体的稳定性。随着降雨的持续，地震力通过改变非饱和区内的基质吸力进而影响坡体的抗剪强度来达到降低坡体稳定性的作用越来越弱。当降雨时间足够长时，耦合作用下降雨相对地震对边坡稳定性造成的影响会更大，雨后边坡地震力的出现放大了降雨对边坡的影响，进而加速边坡失稳。耦合作用下坡顶和斜坡面上的破坏以剪切—拉伸破坏为主，坡内的破坏以剪切破坏为主。
　　(4)以泸州市纳溪区王岩滑坡为例，分析了降雨和降雨_地震耦合工况下的边坡稳定性。降雨作用下孔隙水沿着岩土分界面不断向边坡中部入渗，在分界面处出现了大范围的活性剪切塑性区，但并未沿着岩土分界面形成贯通，雨后边坡处于稳定状态。对雨后边坡施加地震波，潜在滑体的滑移态被激发，在地震作用结束后滑体未出现继续下滑趋势，滑体前端出现了活性剪切塑性区，滑体有二次下滑的风险。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题依据及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 降雨作用下的边坡稳定性研究现状

1．2．2 地震作用下边坡稳定性研究现状

1．2．3 降雨和地震耦合作用下的边坡稳定性研究现状

1．3 主要研究内容及技术路线

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 技术路线

第二章 边坡稳定性影响因素及破坏机制

2．1 边坡稳定性影响因素

2．1．1 边坡内在影响因素

2．1．2 边坡外在影响因素

2．2 降雨入渗下边坡破坏机制

2．2．1 非饱和土的Mohr-Coulomb准则

2．2．2 抗剪强度与基质吸力的关系

2．2．3 抗剪强度与土水特征曲线的关系

2．2．4 降雨对边坡稳定性的作用机理

2．3 地震力作用下边坡破坏机制

2．3．1 边坡动力破坏形式

2．3．2 边坡动力失稳机制

2．4 地震和降雨耦合下边坡破坏机制

2．5 本章小结

第三章 降雨作用下边坡稳定性分析

3．1．2 非饱和渗流的基本方程

3．1．3 降雨入渗过程

3．2 边坡模型及参数选取

3．2．1 边坡模型

3．2．2 岩土体物理力学参数选取

3．2．3 降雨入渗边界及降雨模型

3．3 降雨对边坡稳定性影响

3．3．1 天然工况下边坡稳定性分析

3．3．2 0．4 mm/h降雨强度下边坡稳定性分析

3．3．3 1．0 mm／h、2．0 mm／h降雨强度下边坡稳定性分析

3．3．4 5．0 mm／h降雨强度下边坡稳定性分析

3．4 数值计算结果分析

3．4．1 降雨强度对孔隙水压力的影响

3．4．2 降雨强度对边坡安全系数的影响

3．5 本章小结

第四章 地震作用下边坡稳定性分析

4．1 边坡动力稳定性分析的拟静力法

4．2 地震作用下数值模型参数选取

4．2．1 网格尺寸的确定

4．2．2 阻尼的确定

4．2．3 边界条件的确定

4．2．4 地震荷载的确定及输入

4．3 边坡稳定性影响因素分析

4．3．1 0．1g峰值加速下边坡稳定性分析

4．3．2 0．2g峰值加速下边坡稳定性分析

4．3．3 0．3g峰值加速下边坡稳定性分析

4．4 不同影响因素对比分析

4．4．1 位移分析

4．4．2 孔隙水压力分析

4．4．3 塑性区分析

4．5 本章小结

第五章 地震和降雨耦合作用下边坡稳定性分析

5．1．1 降雨1h_地震

5．1．2 降雨3h_地震

5．1．3 降雨6h_地震

5．1．4 降雨12h_地震

5．1．5 降雨24h_地震

5．2 计算结果对比分析

5．2．1 孔隙水压力变化分析

5．2．2 位移分析

5．2．3 塑性区分析

5．3 本章小名吉

第六章 工程实例分析

6．1 工程地质概况

6．2 FLAC3D模型及参数说明

6．3 计算结果分析

6．3．1 天然状态下边坡稳定性分析

6．3．2 降雨作用下边坡稳定性分析

6．3．3 降雨_地震耦合作用下边坡稳定性分析

6．4 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

致谢

参考文献

附录

攻读学位期间取得的研究成果