降雨入渗作用下顺层岩质边坡稳定性研究

摘要

随着我国经济建设的快速发展，特别是西部大开发战略的实施，西南山区高速铁路建设发展迅速。然而，在西南山区修建高速铁路时，由于地形地质条件的制约和工程建设的需要，在铁路沿线形成大量的路堤边坡及高挖方的路堑边坡。顺层岩质边坡是铁路沿线分布的主要边坡类型之一，降雨诱发的顺层滑坡时有发生，对高速铁路的建设和安全运营构成了巨大的威胁。因而，研究降雨入渗作用下顺层岩质边坡稳定性问题具有重大的现实意义。本文以贵广铁路K307工点为依托，采用相似模型试验和数值模拟手段，较为深入的研究了雨水入渗作用下顺层岩质边坡力学行为的变化规律。论文取得的主要成果如下:
　　 1.对岩质边坡渗流特性进行了分析，探讨了降雨入渗对岩质边坡的作用以及降雨入渗过程，给出降雨作用下含裂隙顺层岩质边坡稳定系数的实用算法，并应用该算法分析具体工程实例。
　　 2.依据相似理论，结合贵广铁路K307原型工点实际，开展了降雨入渗作用下顺层岩质边坡稳定性模型试验研究。拟定了边坡模型与原型的相似比，确定了强风化岩、弱风化岩和软弱夹层相似材料的配合比;根据相似比确定了支挡结构材料;设计了模型试验，确定了传感器的布置方案，建立了边坡试验模型。
　　 3.开展了边坡倾角分别为25°和30°的自然边坡、锚杆框架梁支挡边坡以及锚杆框架梁加抗滑桩支挡边坡的降雨模型试验，研究了降雨入渗作用下坡体软弱夹层含水量、孔隙水压力、坡体位移以及支挡结构内力变化规律，并将不用倾角的边坡在降雨作用下力学特性进行对比分析，结果表明坡体下部位移最大，边坡倾角增大非常不利于边坡稳定，支挡结构对边坡稳定作用明显，不同形式的支挡结构对边坡稳定所起的作用有所差异。
　　 4.基于有限元基本理论，结合建立的边坡模型，采用Midas/GTS岩土数值分析软件分析了不同降雨强度条件下坡体内孔隙水压力分布，分析了降雨入渗过程中的流—固耦合现象，进而分析了降雨入渗作用下边坡稳定性和边坡位移，以及支挡结构内力变化规律，并将数值分析结果与试验结果进行了对比，分析表明两种研究方法得到的总体变化趋势是基本一致的。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 本文的背景和研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 降雨入渗作用下边坡现场监测

1．2．2 降雨入渗作用下边坡稳定性模型试验研究

1．2．3 降雨入渗作用下边坡稳定性数值模拟研究

1．3 主要研究内容

第2章 降雨入渗作用下岩质边坡稳定性分析

2．1 岩体渗流特性

2．2 渗流基本定律

2．2．1 渗流基本定律

2．2．2 渗流连续方程

2．3 雨水入渗对岩体的作用

2．3．1 雨水对岩体的物理化学作用

2．3．2 渗流水流所产生力学效应

2．4 降雨入渗的过程

2．5 降雨条件下岩质边坡稳定性分析

2．6 本章小结

第3章 模型试验设计

3．1 工程概况

3．2 相似关系设计

3．2．1 相似原理

3．2．2 相似常数的确定

3．3 模型材料研究

3．3．1 软弱夹层

3．3．2 岩体材料

3．3．3 支挡结构

3．4 模型材料制作

3．5 模型试验研究

3．5．1 降雨系统

3．5．2 模型箱

3．5．3 含水量监测

3．5．4 孔隙水压力监测

3．5．5 位移监测

3．5．6 支挡结构内力监测

3．6 试验模型的建立和试验过程

3．6．1 传感器的布置

3．6．2 模型的建立

3．6．3 试验过程

3．7 本章小结

第4章 模型试验结果分析

4．1 25°倾角边坡试验监测结果分析

4．1．1 自然边坡试验监测结果分析

4．1．2 锚杆框架梁支挡边坡试验监测结果分析

4．1．3 锚杆框架梁加抗滑桩支挡边坡试验监测结果分析

4．2 30°倾角边坡试验监测结果分析

4．2．1 自然边坡试验监测结果分析

4．2．2 支挡型式为框架梁边坡试验检测结果分析

4．2．3 锚杆框架梁加抗滑桩支挡边坡试验监测结果分析

4．3 试验过程中的现象分析

4．4 小结

第5章 降雨条件下顺层岩质边坡稳定性数值分析

5．1 前言

5．2 MIDAS／GTS软件简介

5．3 模型分析采用的方法

5．3．1 强度折减法

5．3．2 非线性弹性分析方法

5．4 模型几何尺寸

5．5 模型材料参数

5．6 模型边界条件

5．7 计算结果

5．7．1 岩质边坡饱和-非饱和渗流分析

5．7．2 边坡稳定性分析

5．7．3 边坡位移分析

5．7．4 支护结构应力分析

5．8 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间参与的科研项目