堆积层滑坡降雨渗流弱化效应与稳定性演化规律研究——以三峡库区典型堆积层滑坡分析为例

摘要

三峡库区地质构造复杂多样，地形地貌差异性较大，并且受降雨、库水、人类活动等众多因素的影响，地质灾害发生频率较高。其库区诸多滑坡案例表明，在降雨特别是极端降雨条件下，滑坡的发生与降雨强度、降雨量、降雨持时之间有着密切的联系，并且降雨入渗导致边坡岩土体抗剪强度参数与变形参数产生弱化效应，对边坡的位移场及整体稳定性造成一定的影响。本论文首先分析了未弱化条件下边坡内部渗流场、位移场及稳定性在极端降雨条件下的演化规律，并以此为基础，分别研究了一定降雨强度与降雨量不变两种条件下的弱化效应对边坡的位移场及整体稳定性所产生的影响，通过分析归纳得出以下结论： 1.对不同含水率条件下岩土体的抗剪强度参数及变形参数的变化规律可知，黏聚力、内摩擦角、弹性模量随着含水率的增加而减小，泊松比随含水率的增加而增大。 2.通过对三种降雨工况下的渗流场、位移场与稳定性的数值模拟结果表明，随着降雨的进行，边坡内部的浸润线随着降雨持时的增加而逐渐抬升，且降雨强度越大，浸润线抬升的高度也就越明显；在降雨条件下，坡顶处的监测点孔隙水压力变化幅度最为明显，其次是坡体中位置，最后是坡体前缘位置；降雨条件下位移场的等值线云图表明，位移变形较大的位置主要集中于坡体中部及前缘处，且降雨强度越大，位移变化越明显，位移在降雨前、中期增长速率较快，后期变化幅度逐渐变缓；通过对边坡稳定性分析发现，稳定性系数随降雨的进行逐渐减小，降雨强度越大，所对应的稳定性系数越小；分析不同降雨工况下稳定性系数随时间变化图像可知，降雨强度越大，稳定性系数的减小幅度也就越大。 3.在降雨强度一定的条件下，通过对位移等值线云图的分析可知，考虑渗流弱化效应的边坡位移最大值为0.08m，与未考虑渗流弱化效应的位移最大值相比，增加了166.7%，由此可见考虑参数弱化效应对边坡的位移影响是比较大的；稳定性的数值模拟结果表明，未虑弱化效应的稳定性系数最小值为1.335，而考虑弱化效应的最小值为0.968，与未考虑弱化效应相比减小幅度为27.49%，这也从侧面验证了降雨入渗所产生的弱化效应对边坡的整体稳定性是不利的。 4.在降雨强度不变情况下分阶段对边坡模型进行弱化规律研究，模拟结果表明，与未考虑弱化效应的位移曲线相比，其位移曲线呈现明显突变趋势，其主要原因是降雨入渗所产生渗流弱化效应所导致的。在降雨量保持不变条件下，对边坡模型进行弱化规律研究，并对分析结果进行横向比较发现，参数弱化幅度越大，其所对应的位移变形也就越大，且对应的稳定性系数也就越小。 5.通过对比分析两种弱化条件下的数值模拟结果可知：工况5与工况6条件下的位移最大值与分阶段弱化位移最大值相比，分别增加了12.5%、6.25%；两种工况下的稳定性系数与分阶段弱化相比，减小幅度分别为16.83、3.30%。

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摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 选题依据及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 滑坡抗剪强度参数、变形参数的研究现状

1.2.2 降雨入渗条件下边坡稳定性的研究

1.2.3 降雨型滑坡的研究现状

1.3 本文主要研究内容及技术路线图

1.4 本文研究内容的创新之处

理论分析

2.1 堆积层滑坡变形破坏基本特征

2.1.1 堆积层滑坡的物质组成及典型堆积层滑坡的基本特征

2.1.2 三峡库区堆积层滑坡的分布情况

2.1.3 堆积层滑坡变形破坏特征

2.1.4 堆积层滑坡变形破坏的主要影响因素

2.2 降雨型滑坡与降雨的关系研究

2.2.1 降雨型滑坡与降雨量的关系

2.2.2 堆积层滑坡与极端降雨的关系研究

2.2.3 降雨型滑坡与时间的关系研究

2.3 降雨入渗的基本理论

2.4 饱和-非饱和渗流理论的分析

2.4.1 饱和-非饱和渗流达西定律

2.4.2 饱和-非饱和岩土体渗流基本微分方程

2.4.3 渗流方程定解条件

2.5 本章小结

规律研究

3.1 边坡物理力学参数的特性

3.2 降雨入渗对坡体弱化作用机理分析

3.2.1 水土化学弱化效应

3.2.2 水土物理弱化效应

3.2.3 水土力学弱化效应

3.2.4 三者耦合弱化效应

3.3 降雨入渗条件下滑坡体物理力学参数的弱化规律研究

3.3.1 降雨对抗剪强度参数弱化规律的研究

3.3.2 降雨对边坡变形参数弱化规律的研究

3.4 降雨入渗对滑坡强度参数弱化的时空规律

3.4.1 坡体不同空间位置参数的弱化规律

3.4.2 不同降雨持时与饱水时间参数的弱化规律

3.4.3 流变时间效应

3.5 本章小结

第4章 堆积层边坡降雨渗流及其位移演化规律数值模拟降雨研究

4.1 有限元分析软件Geo-studio简介

4.2 堆积层滑坡的选取及边坡概化模型的建立

4.2.1 树坪滑坡地质环境概况

4.2.2 边坡模型的建立

4.2.3 边坡模型参数的选取

4.2.4 边坡模型有限单元格的划分

4.2.5 边坡计算模型边界条件的设定

4.2.6 降雨工况的设定

4.3 极端降雨条件下滑坡渗流场变化规律研究

4.3.1 降雨前期渗流场变化规律

4.3.2 降雨中期渗流场变化规律

4.3.3 降雨后期渗流场变化规律

4.4 极端降雨条件下滑坡位移场变化规律研究

4.4.1 降雨前期位移场的变化规律研究

4.4.2 降雨中期位移场的变化规律研究

4.4.3 降雨后期位移场的变化规律研究

4.5 极端降雨条件下滑坡稳定性的变化规律

4.6 本章小结

第5章 堆积层滑坡降雨渗流弱化效应及稳定性演化规律研究

5.1 极端降雨渗流弱化条件下滑坡位移场演化规律研究

5.1.1 降雨前期位移场的渗流弱化规律

5.1.2 降雨中期位移场的渗流弱化规律

5.1.3 降雨后期位移场的渗流弱化规律

5.2 极端降雨渗流弱化条件下边坡整体稳定性演化规律分析

5.3 降雨量为定值条件下边坡位移场的弱化规律分析

5.4 降雨量为定值条件下边坡稳定性的弱化规律分析

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 存在的不足与展望

参考文献

攻读硕士学位期间学术成果及科研情况

致 谢