长期干旱背景下降雨型松散堆积体滑坡机理研究

摘要

降雨条件下滑坡产生的机理及相应评价方法的研究成为近年来岩土工程界越来越关注的课题。近几年，由于极端气候的出现越来越频繁，全球干旱和强降雨交替的现象频频出现。针对我国大范围长期干旱—强降雨交替出现的气候特点，松散堆积体边坡岩土体工程特性的劣化，包括抗剪强度和渗流特性的改变。
　　本文基于现场监测、模型试验和数值分析方法，研究了松散堆积体边坡在此环境下的破坏机理。首先利用室内模型试验分析研究了经历长期干旱的边坡和未经历干旱的边坡在相同降雨条件下坡体位移、坡体内部土压力以及孔隙水压力等值的变化情况。再利用GeoStudio软件建立数值模型模拟边坡失稳破坏的整个过程，通过SEEP/W和SLOPE/W对坡内渗流和坡体稳定性进行分析，比较了相同降雨历时和降雨强度下长期干旱边坡和表层无干旱边坡土体内部水分渗流过程和坡体稳定性的变化，对比分析数值模拟与模型试验的结果，揭示边坡破坏的机理。模型试验及数值分析结果表明：模型试验中，随着降雨的持续进行，坡内土压力和孔隙水压力处于不断变化中；相同降雨条件下长期干旱边坡较未经历干旱边坡更易发生沉降和整体移动。经历过长期干旱的松散体边坡受降雨影响更为显著，降雨更易于入渗；由数值模拟得出，随着降雨的进行，坡体安全系数持续减小，相应的边坡稳定性也持续减小。降雨结束后，坡体安全系数逐渐升高，最后基本趋于稳定。而长期干旱边坡稳定系数始终低于表层无干旱边坡的稳定系数。该研究结果为长期干旱—强降雨条件下的此类边坡的设计和治理提供依据，对工程建设影响范围内的松散堆积体边坡的设计和灾害防治具有直接的工程指导意义。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 降雨诱发滑坡的机理研究

1.2.2 干湿循环条件下岩土力学特性研究

1.2.3 降雨型滑坡的模型试验研究

1.3 主要研究内容及创新点

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 创新点

第二章 长期干旱背景下的松散堆积体边坡降雨致滑机理的理论分析

2.1 饱和—非饱和渗流理论

2.2 非饱和土强度理论

2.2.1 Mohr-Coulomb强度准则

2.2.2 非饱和土的破坏准则

2.3 基于非饱和土力学理论的极限平衡分析方法

2.4 降雨对边坡稳定性影响

2.4.1 降雨诱发边坡失稳的机理

2.4.2 降雨入渗边坡岩土体的机理

2.5 长期干旱造成的岩土体性质劣化

第三章 长期干旱背景下的松散堆积体边坡的降雨致滑模型试验研究

3.1 滑坡模型试验

3.1.1 滑坡模型试验的意义及目的

3.1.2 滑坡模型试验相似常数的选择

3.2 试验观测系统

3.2.1 多物理量测量系统

3.2.2 人工降雨控制系统

3.3 试验方案

3.3.1 试验模型箱制作

3.3.2 边坡土料的准备

3.3.3 试验土料基本参数测定

3.3.4 边坡尺寸的设计

3.3.5 传感器埋设位置的设计

3.3.6 降雨条件的设计

3.3.7 试验模型制作

3.4 试验结果

3.4.1 未经历干旱边坡

3.4.2 经历长期干旱边坡

3.4.3 未经历干旱边坡与长期干旱边坡相同降雨条件下稳定性比较

第四章 长期干旱背景下的松散堆积体边坡降雨致滑机理的数值模拟

4.1 降雨入渗条件下饱和—非饱和渗流有限元原理[33]

4.2 边坡稳定性分析理论

4.2.1 考虑孔隙水压力影响的边坡稳定分析方法

4.2.2 降雨条件下的边坡稳定分析方法

4.3 有限元分析软件GeoStudio软件

4.3.1 SEEP/W软件

4.3.2 SLOPE/W软件

4.4 数值模拟分析结果

4.4.1 未经历干旱边坡

4.4.2 长期干旱边坡

4.4.3 未经历干旱边坡与长期干旱边坡相同降雨条件下稳定性比较

结论

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果

致谢