降雨与潜水作用下土岩组合边坡稳定性研究

摘要

我国是世界上严重地质灾害的国家之一，2010年中国全年所有实际发生地质灾害中排前三位的是滑坡、崩塌和泥石流，由此可见水是诱发地质灾害的重要因素。一直以来“如何减少地质灾害对社会的危害”是各国政府的重要议题，因此针对降雨与潜水情况下坡体的稳定性研究具有重要的学术价值和工程意义。　　本文采用室内改进的直剪试验和改进的渗透试验，研究了土岩组合坡体的强度特性和入渗特性；考虑降雨特征和坡体地质特性采用室内滑坡模型试验，研究了水份入渗作用下土岩组合边坡破坏机理和破坏形态，及坡体内含水量等参数的变化情况。取得的主要结论和研究成果如下：　　（1）利用改进的渗透试验，对土岩组合坡体的主体部分粗颗粒土进行渗透性能试验。结果表明：粗颗粒土入渗性能在水力坡降较低时符合达西定律，水力坡降较高时计算结果偏小。渗透系数与含石量呈指数关系，且随含石量增大而增大；随密实度增大而变小，且变化梯度在较低密实度情况时大于密实度较高时；随不均匀系数增大而增大。　　（2）基于改进的室内直剪试验，对土岩组合坡体中粗颗粒土进行直剪试验。研究表明：抗剪强度破坏准则可采用粗粒土抗剪强度理论。应力-应变关系呈应变硬化型，与剪切破坏面呈现不平整面现象相符。摩擦角和粘聚力随含石量增大而增大，随含水量增大而减小；且含水量变化主要影响粘聚力变化，含石量变化对粘聚力和摩擦角改变均较大。低垂直应力时土体初始剪切模量随含石量增大先减小后增大，而在较高垂直应力时则相反，总体上初始剪切模量受含石量变化影响不显著。　　（3）采用自制降雨设备，建立室内模型实验研究了土岩组合坡体在雨水入渗作用下发生破坏的机理及形态，通过对坡体中土压力、含水量、坡体沉降等参数观测发现：多次降雨后土体体积含水量下降速率递减且上下层的含水量差距递减，土体中细颗粒随流体在运动，改变了坡体结构。土体压力和沉降变化不明显。坡体破坏形态与降雨特征和颗粒级配关系很大；低速地下潜水对土岩接触面影响作用很有限，甚至失效。　　（4）通过FLAC采用两相流模块模拟水的入渗过程，并将模拟数据与模型试验进行了对比，结果相对良好。数值模拟中水相和气相运动规律与模型试验中管涌现象关系密切，同时通过有无潜水作用数值模拟发现潜水与坡体发生破坏的位置存在一定关系。

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第一章 绪论

1. 1 选题背景与研究意义

1. 2 国内外研究现状

1. 3 研究目标和内容

第二章 降雨入渗理论研究

2.1 降雨入渗基本理论

2. 2 本章小结

第三章 改进的粗粒土渗流试验研究

3. 1 改进的渗透试验装置

3. 2 试样制作及试验方案

3. 3 渗透试验步骤

3. 4 试验结果及分析

3. 5 本章小结

第四章 粗粒土强度理论及相关影响因素研究

4. 1 概述

4.2 抗剪强度理论

4. 3 粗粒土直剪试验

4. 4 直剪试验结果及分析

4. 5 本章小结

第五章 降雨滑坡模型试验研究

5. 1 概述

5. 2 室内模型试验

5. 3 试验结果及分析

5. 4 本章小结

第六章 降雨滑坡试验数值分析

6. 1 F LAC简介

6. 2 基本原理

6. 3 边坡模型建立

6. 4 模拟结果与模型试验对比分析

6. 5 有无潜水模拟结果对比分析

6. 6 本章小结

第七章 结论与展望

7. 1 结论

7. 2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的科研与论文发表情况

致谢