极端降雨作用下红粘土边坡持水特性与强度损伤规律研究

摘要

降雨入渗是边坡失稳的重要诱因，在多雨地区因降雨而诱发的滑坡灾害十分严重。降雨入渗过程是一个复杂的饱和-非饱和渗流过程，雨水的渗入将导致原边坡的渗流场与应力场发生变化，从而改变边坡的稳定性。在获取饱和及非饱和土的必要物理力学参数的基础上，本文借助数值模拟手段将渗流场与应力场进行耦合，结合降雨过程中坡顶面、坡肩、坡面、坡脚、坡体内、坡底面，共六个监测点处的响应，研究了小强度持续降雨、单峰型暴雨两种工况下，边坡的持水性、变形、稳定性及强度变化规律。　　非饱和粘土边坡的持水性通过对降雨过程中土坡内的孔隙水压力分布及各监测点处的孔隙水压力变化情况进行考察。分析表明，在给定初始条件的状况下，对均质土坡，降雨强度及降雨历时是影响孔隙水压力分布的重要影响因素。降雨入渗会使边坡内的负孔隙水压力增大；降雨强度较小时，边坡浅层非饱和土的负孔隙水压力增加明显；当降雨强度较大并在土坡内形成封闭的负孔隙水压力区时，较深土层处的饱和区将会发生明显的排水现象。　　根据土体基本质量-体积关系，在饱和-非饱和渗流过程中，随着土体饱和度（或含水量）的变化，土体的孔隙比也将发生变化，这在二维分析中表现为土体发生位移变化。位移响应分析表明，在降雨初期，坡顶处将产生一定的沉降，随着降雨的持续，沉降将逐渐恢复；坡顶处的位移变化过程将伴随着坡面、坡脚和坡趾处的隆起，且在降雨期间这种变化越来越明显。　　降雨期间边坡稳定性会逐渐减小，直接原因是非饱和土抗剪强度减弱，而从根源上看，是非饱和区负孔隙水压力升高导致的。土体所处的应力状态、应力路径等因素都会对土体强度产生重要的影响；将吸应力作为强度参数指标不仅可以规避上述困难，而且吸应力可以体现基质吸力的情况，保持莫尔-库伦准则的线性特点。论文通过提取监测点处有效应力和总应力对吸应力进行计算和分析，结果表明，浅层非饱和土中，吸应力在有效应力中占主导地位，是控制土体强度的关键指标。这一结论有望为浅层滑坡的分析提供理论依据。

目录

声明

1 绪 论

1.1 论文选题背景与意义

1.2 降雨诱发滑坡灾变国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容和方法、创新点及技术路线

2 非饱和红粘土基本物理力学性质

2.1 土-水特征曲线

2.2 基质吸力量测

2.3 渗透性函数

2.4 其他试验

2.5 本章小结

3 数值模拟软件介绍及模型的构建

3.1 GeoStudio软件简介

3.2 模型的构建

3.3 本章小结

4 极端降雨工况下边坡的持水特性

4.1 二维瞬态渗流及固结耦合

4.2 降雨强度函数

4.3 持续降雨工况下边坡持水特性

4.4 暴雨工况下边坡持水特性

4.5 两种工况持水特性比较

4.6 本章小结

5.1 非饱和土强度理论

5.2 强度变化规律

5.3 边坡位移响应

5.4 持水特性对边坡稳定性的影响

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结及主要结论

6.2 进一步工作的建议

致谢

参考文献

附录A 攻读硕士学位期间主要研究成果