降雨入渗诱发滑坡稳定性分析

摘要

边坡工程是工程中最常见的工程形式,边坡工程中遇到的滑坡问题是全球三大地质灾害之一,严重危害人类的生命财产安全。而降雨入渗引起的边坡破坏是所有边坡稳定破坏中较为常见的现象,尤其是在多山的地区。因此对降雨入渗作用下边坡的稳定性分析具有重要意义。本文主要进行了以下几点研究。
　　 (1)利用SEEP程序建立渗流分析模型,进行了一系列稳态和暂态渗流分析,分析了非饱和土的两个重要参数:土水特征曲线(含水量曲线)、渗透特性曲线,及其对渗流的影响
　　 (2)分析了降雨入渗诱发非饱和边坡的破坏机理,根据非饱和土强度和交形理论分析适用于非饱和边坡的稳定性分析的方法,并讨论了强度折减法在非饱和边坡稳定性分析中的应用。
　　 (3)运用非饱和土力学理论、饱和-非饱和渗流理论,建立均质土边坡有限元模型,选取了粘土、粉砂土、均质砂土三种具有典型代表性的土体,进行降雨入渗的瞬态渗流分析,得到降雨入渗作用下边坡的渗流场及含水量分布随时间变化。在此基础上结合非饱和土的简化Bisbop法对边坡的稳定性进行了评价,得到边坡瞬态稳定安全系数。
　　 (4)基于修正的Moore入渗模型,将层状土边坡的降雨入渗过程分为四个阶段,分别考虑了表层渗透系数小于和大于下层土渗透系数两种情况。数值分析得到层状土边坡的孔隙水压力、含水量、水力梯度曲线,验证了层状土边坡降雨入渗过程的四个阶段。在此基础通过数值分析得到降雨入渗过程中层状边坡的降雨入渗率.时间关系、边坡稳定安全系数-时间关系、降雨强度-降雨持续时间-湿润锋深度关系。并解释了基岩型边坡浅层滑坡破坏机理。
　　 (5)根据边坡条分法并考虑渗流力的作用计算得到降雨入渗诱发滑坡破坏的深度方程,将此方程与孔隙水压力曲线相结合,其交点显示了滑坡破坏发生的时间和深度。结果表明:降雨诱发边坡破坏深度只与孔隙水压力分布有关。对室内模型试验结果进行了验证。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 国内外研究现状

1.2 研究内容及研究路线

1.2.1 主要研究内容

1.2.2 主要研究技术路线

第2章 非饱和土特性分析

2.1 非饱和土含水量

2.1.1 体积含水量的影响因素

2.1.2 非饱和土含水量的直接量测

2.1.3 体积含水量方程估计方法

2.2 体积压缩系数(Mv)

2.3 非饱和渗透系数

2.3.1 渗透系数的定义

2.3.2 渗透系数方程估计方法

2.4 土体材料性质对渗流的影响分析

2.4.1 SEEP/W程序简介

2.4.2 饱和渗透系数(ksat)对渗流的影响

2.4.3 进气值(AVE)对渗流的影响分析

2.4.4 体积含水量坡度对渗流的影响

2.4.5 残余体积含水量的变化

2.5 本章小结

第3章 非饱和土边坡稳定分析方法

3.1 非饱和土的强度理论

3.1.1 Mohr-Coulomb破坏准则

3.1.2 非饱和土破坏准则

3.2 非饱和土的变形理论

3.2.1 线弹性本构模型

3.2.2 弹塑性本构模型

3.3 基于非饱和土力学理论的极限平衡分析方法

3.3.1 考虑基质吸力影响的简化Bishop法

3.3.2 考虑基质吸力影响的简化Janbu法

3.3.3 考虑基质吸力影响的简化Morgenstern-Price法

3.3.4 普遍极限平衡分析法(GLE法)

3.4 非饱和土边坡强度折减分析方法

3.4.1 强度折减法基本原理

3.4.2 算例分析

3.4.3 非饱和土强度折减有限元法

3.5 本章小结

第4章 降雨入渗作用下均质土边坡的稳定性分析

4.1 边坡降雨入渗机制

4.1.1 饱和-非饱和渗流数学模型

4.1.2 饱和-非饱和渗流有限单元法格式

4.1.3 降雨入渗边界

4.1.4 渗流场和应力场耦合分析原理

4.2 降雨入渗数值分析

4.2.1 计算模型、边界与初始条件

4.2.2 孔隙水压力分布

4.2.3 含水量分布

4.2.4 降雨作用下边坡的瞬态稳定性分析

4.3 本章小结

第5章 降雨入渗对层状土边坡降雨入渗分析

5.1 降雨入渗引起的双层土边坡破坏

5.2 MOORE入渗模型简介

5.3 修正MOORE入渗模型

5.4 层状土入渗数值分析

5.4.1 表层土渗透系数较大(K2＜K1)

5.4.2 表层土渗透系数较小(K2＞K1)

5.5 实例分析

5.5.1 模型建立及参数

5.5.2 分析结果

5.6 本章小结

第6章 降雨入渗诱发滑坡破坏预测分析

6.1 降雨入渗过程的一维土柱模拟分析

6.2 降雨入渗诱发滑坡破坏深度计算

6.3 用孔隙水压力表示滑坡破坏深度

6.4 降雨诱发滑坡破坏预测分析

6.5 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 本文的主要结论

7.2 进一步研究建议

参考文献

致谢

作者简介及科研成果