降雨条件下边坡渗流特性及排水措施的优化设计研究

摘要

随着我国基础设施建设力度的加大，边坡研究和治理显得日益重要。据统计，约45％的自然边坡和人工边坡的失稳与降雨有关。对于公路和河岸边坡而言，滑坡大都由降雨所产生的非稳定渗流诱发的。研究降雨条件下边坡的渗流特性和排水措施的优化设计，具有重要的工程指导意义。
　　本文基于降雨入渗理论和饱和—非饱和渗流理论，运用有限元软件seep/w对边坡降雨入渗过程进行数值模拟，得到边坡在降雨条件下的体积含水量、孔隙水压力、暂态饱和区的形成及变化规律;并对边坡中排水措施的优化布置原则进行了研究。
　　本文通过查阅国内外边坡渗流方面的相关文献，阐述了饱和—非饱和土体的达西定律及渗流控制方程，并对饱和-非饱和渗流方程的定解条件进行了归纳总结;其为后续数值模拟提供理论支撑。通过常水头渗透试验测定土体饱和时的体积含水量和渗透系数，并基于V-G预测模型得到土体的渗透系数函数;通过正交试验法得到了影响砂土渗透系数的主次顺序为平均粒径＞不均匀系数＞曲率系数＞孔隙比和各因素的显著性水平，并在此基础上运用控制变量法来更深入的研究各因素与渗透系数的数学关系。运用有限元软件seep/w模拟边坡降雨入渗过程，研究降雨特征（降雨强度、雨型、降雨持时）、土体渗透系数和边坡坡比对边坡渗流场的影响;在降雨入渗的基础上研究排水洞所处的位置、洞径、洞间距及排水孔的仰坡度、孔长、孔间距对其排水效果的影响，通过比较分析来对边坡排水措施进行优化设计，为边坡防治提供理论指导。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 饱和—非饱和渗流研究

1．2．2 土体渗透系数研究

1．2．3 边坡排水措施研究

1．3 本文主要研究内容

第2章 饱和—非饱和渗流理论

2．1 引言

2．2 非饱和土的土—水特征曲线

2．2．1 土—水特征曲线定义

2．2．2 确定土水特征曲线的方法

2．3 饱和—非饱和渗流基本理论

2．3．1 饱和—非饱和土渗流的达西定律

2．3．2 饱和—非饱和渗流基本方程

2．3．3 渗流方程的定解条件

2．4 边坡降雨入渗理论

2．5 本章小结

第3章 砂性土渗透系数的试验测定

3．1 砂土渗透试验方法及原理

3．1．1 渗透试验原理

3．2 砂土渗透试验过程

3．2．1 试验设备

3．2．2 渗透试验步骤

3．3 砂性土试验的主要内容及方案

3．3．1 正交试验法探讨各因素对渗透系数的影响

3．3．2 控制变量法探讨各因素对渗透系数的影响

3．4 试验结果分析与讨论

3．4．1 正交试验法下各因素对砂土渗透系数的影响分析

3．4．2 控制变量法下各因素对砂土渗透系数的影响分析

3．5 本章小结

第4章 降雨条件下边坡渗流特性分析

4．1 引言

4．2 饱和—非饱和渗流有限元方程的推导

4．2．1 渗流微分方程

4．2．2 有限元渗流方程

4．2．3 有限元中的时间积分

4．2．4 有限元中的数值积分

4．3 计算模型的建立

4．3．1 几何模型

4．3．2 模型的边界条件和初始条件

4．3．3 边坡降雨入渗过程

4．4 边坡渗流特性的敏感性分析

4．4．1 降雨特征对边坡渗流特性的影响

4．4．2 土体渗透系数对边坡渗流特性的影响

4．4．3 边坡坡比对边坡渗流特性的影响

4．5 本章小结

第5章 排水措施的优化设计研究

5．1 引言

5．2 排水措施的应用现状

5．2．1 当前主要的排水措施

5．2．2 利用排水措施排边坡地下水的应用实例

5．2．3 排水措施的构造

5．2．4 当前排水措施设计存在的问题

5．3 排水措施数学模型的定义

5．4 边坡排水效果的敏感性分析

5．4．1 排水洞的位置对排水效果的影响

5．4．2 排水洞的洞径对排水效果的影响

5．4．3 排水洞的间距对排水效果的影响

5．4．4 排水孔的仰坡度对排水效果的影响

5．4．5 排水孔的孔长对排水效果的影响

5．4．6 排水孔的间距对排水效果的影响

5．5 本章小结

第6章 主要结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果