降雨诱发堆积体滑坡预警模型研究

摘要

堆积体滑坡是指发生在第四系及近代松散堆积层的滑坡，在我国西南地区普遍存在，主要特点是分布广泛、爆发频率高、持续危害大。在我国滑坡类型中占很大的比例。堆积体的坡体结构一般比较松散、透水性强、孔隙率大、极易发生变形。这些特殊的物质结构组成决定了降雨及地下水的作用常常是导致其失稳的最主要动因，近年来，环境不断恶化，各种极端强降雨天候集中出现，降雨诱发堆积体滑坡大量出现，对人民的生命财产造成巨大的损失。因此，深入研究降雨条件下堆积体滑坡失稳规律，提出行之有效的降雨诱发堆积体滑坡预测预报方法，无疑对防灾减灾具有重要的理论意义和工程实用价值。
　　本文以松散堆积体土坡为研究对象，在总结前人研究成果的基础之上，用模型试验和数值分析的方法，深入研究降雨条件下堆积体土坡的渗流、变形、破坏规律，探讨了在不同滑床坡度下降雨入渗对土坡稳定性的影响，并跟据降雨入渗过程中稳定性的变化规律建立起降雨强度和降雨时间的降雨诱发堆积体滑坡的预警模型。主要研究成果如下:
　　(1)查阅大量堆积体滑坡资料，归纳总结了降雨诱发堆积体滑坡的一般特征规律，试分析了降雨诱发堆积滑坡的成因机制和破坏模式。
　　(2)根据总结规律，在室内进行了降雨诱发堆积体滑坡的物理模型试验。模型试验观测结果表明:1）降雨入渗方式主要有沿坡表面入渗和沿坡体内部裂缝入渗两种;2）坡内土体体积含水量和孔隙水压力随降雨历时相应明显，湿润锋到达后体积含水量和孔隙水压力持续增加，达到峰值后稳定，孔隙水压力峰值大小随滑床坡度的增大而减小;3）滑坡的变形破坏规律是对应降雨渗流孔隙水压力上涨的一个先匀速变形再加速变形最后瞬时失稳的过程;4）相同降雨条件下，滑床坡度不同滑坡的破坏模式有显著差别，在滑床坡度小于30°时，滑坡的破坏模式表现为局部浅层滑动破坏，当滑床坡度大于30°时，滑坡的破坏模式表现为整体推移式滑动破坏;5）不同滑床坡度滑坡变形失稳时的孔隙水压力值为负对数函数。
　　(3)以模型试验为基础，建立降雨诱发堆积体滑坡的有限元数值计算模型。数值计算结果表明:1）在降雨入渗条件下，随着渗流深度的增加，孔隙水压力逐渐增大，在基覆界面处渗流速度最大;2）孔隙水压力的数值模拟计算值和模型试验实测值比较，在滑床坡度较缓时，数值模拟值与模型实测值在变化趋势上基本一致，但数值大小上，数值计算值小于模型实测值。当滑床坡度较陡时，数值模拟值和模型实测值在变化趋势和大小上基本一致;3）滑坡稳定性分析表明，数值计算滑坡达到极限平衡状态的时间与物理模拟滑坡失稳时间基本一致。数值计算结果与模型试验现象基本一致。
　　(4)根据数值计算和物理模型试验中滑坡在降雨入渗过程中的稳定性变化规律建立一种降雨诱发堆积体滑坡的预警模型，即斜坡失稳时临界孔隙水压力决定了斜坡失稳时所需水量，斜坡失稳时所需水量与滑坡前土体初始含水量、滑斜坡启动时累计降雨量有关，以此建立起降雨强度和降雨时间的滑坡预警模型。并且以贵州开阳龙井湾滑坡为研究实例建立起了龙井湾滑坡降雨预警模型。

目录

声明

摘要

第1章 前言

1．1 选题依据及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 降雨入渗的基本理论

1．2．2 降雨条件的滑坡稳定性分析

1．2．3 降雨诱发滑坡的预警

1．3 研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术线路

第2章 降雨诱发堆积体滑坡的地质特性及规律

2．1 地质规律

2．1．1 地层岩性

2．1．2 地形地貌

2．1．2 坡体结构

第3章 室内降雨滑坡模型试验

3．1 滑坡模型试验目的及方案

3．1．1 试验目的

3．1．2 试验方案

3．2 模型试验装置

3．2．1 模型槽

3．2．2 降雨模拟系统

3．2．3 测量系统

3．3 室内土样的配置及力学参数测试

3．3．1 基本物理性质

3．2．2 抗剪强度测试设备

3．2．3 抗剪强度测试方案及结果

3．4 模型试验步骤

3．5 模型试验结果

3．5．1 20°试验现象及结果

3．5．2 25°试验现象及结果

3．5．3 30°试验现象及结果

3．5．4 35°试验现象及结果

3．5．5 40°试验现象及结果

3．5．6 45°试验现象及结果

3．5．7 50°试验现象及结果

3．6 试验结果分析

3．6．1 降雨入渗结果

3．6．2 滑床坡度对降雨入渗的影响

3．6．3 位移变化规律

3．6．4 变形破坏演化规律

3．6．5 滑坡变形失稳孔压临界值

第4章 降雨诱发堆积体滑坡的数值模拟计算

4．1 数值模拟计算原理

4．1．1 非饱和降雨入渗原理

4．1．2 稳定性计算原理

4．2 数值计算模型的建立

4．3 数值计算的边界条件

4．4 数值计算的参数选取

4．5 数值计算结果分析

4．5．1 滑床为20°结果分析

4．5．2 滑床为25°结果分析

4．5．3 滑床为30°结果分析

4．5．4 滑床为35°结果分析

4．5．5 滑床为40°结果分析

4．5．6 滑床为45°结果分析

3．5．7 滑床为50°结果分析

4．6 本章小结

第5章 降雨诱发堆积体滑坡的预警模型

5．1 预警模型的思路

5．2 预警模型的建立

5．3 预警实例

5．3．1 滑坡基本特征

5．3．2 降雨条件下龙井湾滑坡预警模型

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果