基于电导性能的原状土柱降雨入渗规律研究

摘要

我国东南沿海地质环境复杂脆弱,由台风暴雨引发的滑坡频频发生。雨水入渗到土体内可能导致坡体变形,进而产生滑坡、泥石流等灾害。以福建三明岩兜滑坡为研究对象,通过自行研制的人工降雨土柱入渗试验装置,对研究区滑坡的残积土柱进行了不同降雨强度下(20 mm·h^(-1)、60 mm·h^(-1))的累次循环降雨实验,考虑了不同降雨量、降雨历时和雨停时间等工况,获得了干湿循环下土柱含水率、电阻率以及基质吸力变化等丰富的降雨入渗试验数据,并与现场原型测试结果验证。研究结果表明:(1)累次降雨中,土柱上部传感器含水率峰值随着干湿循环次数增加缓慢降低,深部的土体则在累次降雨后,土体含水量逐渐累积,含水率峰值缓慢提高。(2)原状土柱土体具有非均质性,不同深度土体电阻率大小不一。电阻率响应时间与含水率响应时间具有高度相关性,含水率变化时电阻率也几乎同时产生变化,但两者变化趋势相反。(3)基质吸力在累次降雨雨停阶段回升缓慢,多次降雨过程中,由于前次降雨中留下的水分未完全排干,基质吸力在多次降雨的作用下降到0 kPa。(4)基于Keller改进的Archie拓展模型对研究区土体电阻率含水率进行拟合,并用实测数据进行验证,误差较小。进一步结合Archie拓展模型与Green-Ampt、Philip入渗模型,得到基于电阻率的Green-Ampt与Philip入渗模型。研究成果有助于进一步揭示研究区降雨作用下坡残积土的电阻率演化规律,揭示坡残积土坡在累次降雨下的水分入渗规律,对台风暴雨型滑坡稳定性分析及监测预警具有重要的理论及实际意义。