降雨与滴灌条件下裂隙黄土滑坡试验及数值分析

摘要

水是黄土滑坡的诱发因素之一，本文通过室内试验研究了雨水的入渗过程、边坡的变形破坏特征以及降雨入渗中的裂隙演变特征。监测并分析降雨过程中土体含水率、孔隙水压力以及基质吸力的变化过程，分析裂隙黄土边坡变形破坏演变规律。开展了黄土边坡的滴灌试验，分为60°和45°边坡进行试验，研究了滴灌对边坡稳定性的影响。进行压力板仪试验，获取了黄土的土-水特征曲线，结合渗流理论、弹性力学，获取二维非饱和土的水-力耦合控制方程。用COMSOLMultiphysics有限元软件对非饱和土渗流耦合控制方程进行计算，探索黄土边坡降雨入渗问题，对模型试验与数值结果进行比较分析。
　　本研究主要内容包括：⑴在降雨过程中，边坡变形比较明显，受裂隙影响，在裂隙周围不断的产生拉裂缝，且呈现多级演化特征。裂隙为坡体的水分运移提供优先通道。孔隙水压力突变往往伴随滑坡或局部大变形的产生，坡体内孔隙水压力随着降雨时间的增加而增大，坡脚、裂隙和坡肩孔隙水压力变化最为显著。⑵在室内滴灌试验下，边坡的破坏类型可归纳为坡脚局部滑塌-坡肩局部滑动-整体滑坡，坡脚和坡肩出现多次局部滑塌，孔隙水压力的突变是滑坡的主要征兆。坡表变形较明显，边坡由外向内位移逐渐减小。60°边坡滑动启动时间要比45°边坡滑动启动时间要早，更易发生整体滑动，滑动距离远。⑶数值计算表明随着降雨时间增大，水平位移也逐渐变大，但变化速率逐渐变缓，坡面处水平位移较大，其中坡脚水平位移最为集中。近坡表部位总位移较大，坡肩、坡脚部位最为突出，由坡表向坡体内部总位移逐渐变小。裂隙为水的运移提供了优先路径，裂隙处的孔隙水压力变化明显。

目录

声明

摘要

第1章 前言

1．1 论文研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 降雨滑坡模型试验研究现状

1．2．2 灌溉诱发滑坡形成机理的研究现状

1．2．3 水-力耦合入渗分析研究现状

1．3 论文的主要研究内容以及技术路线

1．3．1 论文的主要研究内容

1．3．2 论文的技术路线

1．3．3 试验手段

第2章 裂隙黄土边坡降雨滑坡试验

2．2．1 模型箱

2．2．2 降雨装置

2．2．3 降雨强度、均匀度标定

2．3 仪器简介及传感器标定

2．3．1 仪器简介

2．3．2 体积含水率传感器标定

2．3．3 孔隙水压力传感器标定

2．4 试验方案及步骤

2．4．1 试验方案

2．4．2 试验步骤

2．5 试验现象

2．5．1 裂隙模型试验

2．5．2 无裂隙模型试验

2．6 试验结果分析

2．6．1 破坏特征分析

2．6．2 体积含水率变化分析

2．6．3 基质吸力变化分析

2．6．4 孔隙水压力变化分析

2．6．5 边坡位移分析

2．7 本章小结

3．1 概述

3．2 黄土滑坡滴灌试验

3．2．1 试验装置

3．2．2 试验步骤

3．3 试验现象

3．3．2 60°边坡滴灌试验

3．4 试验结果分析

3．4．1 破坏特征分析

3．4．2 体积含水率变化分析

3．4．3 基质吸力变化分析

3．4．4 孔隙水压力变化分析

3．4．5 边坡位移分析

3．5 本章小结

第4章 裂隙黄土边坡降雨入渗数值计算

4．1 概述

4．2．2 压力板仪土-水特征曲线试验

4．3 非饱和土水-力耦合控制方程组

4．3．2 非饱和土水-力耦合控制方程

4．4 COMSOL有限元软件简介及算例

4．4．1 COMSOL有限元软件简介

4．4．2 算例简介

4．4．3 初始条件及边界条件

4．5 计算结果分析

4．5．1 孔隙水压力变化过程

4．5．2 水平位移变化过程

4．5．3 竖向位移变化过程

4．5．4 总位移变化过程

4．6 数值计算与室内试验对比分析

4．7 本章小结

结论和展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果