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

发布时间：2017-05-24 16:09

  本文关键词：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，由笔耕文化传播整理发布。

【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。
【关键词】：饱和-非饱和渗流 渗流场与应力场耦合 负孔隙水压力 稳定性 吸应力
【学位授予单位】：东华理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU43
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 论文选题背景与意义11-12
• 1.2 降雨诱发滑坡灾变国内外研究现状12-17
• 1.2.1 理论及试验研究13-15
• 1.2.2 实际工程研究15
• 1.2.3 滑坡试验平台构建研究15-16
• 1.2.4 数值模拟研究16-17
• 1.3 本文的主要研究内容和方法、创新点及技术路线17-21
• 1.3.1 主要研究内容和研究方法17-18
• 1.3.2 本文的创新点18
• 1.3.3 本文的技术路线18-21
• 2 非饱和红粘土基本物理力学性质21-37
• 2.1 土-水特征曲线21-24
• 2.1.1 土-水特征曲线的基本概念21-22
• 2.1.2 土-水特征曲线模型22-24
• 2.1.2.1 经验公式模型介绍22-23
• 2.1.2.2 经验公式模型对比23-24
• 2.1.2.3 其他模型24
• 2.2 基质吸力量测24-31
• 2.2.1 试验设备介绍25-27
• 2.2.2 试验方案及试验过程27-28
• 2.2.3 试验结果28-31
• 2.3 渗透性函数31-32
• 2.4 其他试验32-36
• 2.4.1 剪切试验32-34
• 2.4.2 弹性模量E的取值34-36
• 2.5 本章小结36-37
• 3 数值模拟软件介绍及模型的构建37-43
• 3.1 GeoStudio软件简介37-38
• 3.1.1 SEEP/W软件介绍37
• 3.1.2 SIGMA/W软件介绍37-38
• 3.1.3 SLOPE/W软件介绍38
• 3.2 模型的构建38-41
• 3.2.1 边坡几何形态的选取38-39
• 3.2.2 瞬态渗流计算网格划分设计39
• 3.2.3 边界条件及初始条件39-41
• 3.3 本章小结41-43
• 4 极端降雨工况下边坡的持水特性43-55
• 4.1 二维瞬态渗流及固结耦合43-44
• 4.2 降雨强度函数44-46
• 4.3 持续降雨工况下边坡持水特性46-50
• 4.3.1 计算条件46
• 4.3.2 计算结果及分析46-50
• 4.4 暴雨工况下边坡持水特性50-52
• 4.4.1 计算条件50
• 4.4.2 计算结果及分析50-52
• 4.5 两种工况持水特性比较52-53
• 4.6 本章小结53-55
• 5 边坡土体强度损伤55-69
• 5.1 非饱和土强度理论55-56
• 5.2 强度变化规律56-60
• 5.2.1 强度指标的选取56-57
• 5.2.2 极端降雨工况下土体强度的变化57-60
• 5.2.2.1 持续降雨工况57-59
• 5.2.2.2 暴雨工况59-60
• 5.3 边坡位移响应60-66
• 5.3.1 持续降雨工况60-63
• 5.3.2 暴雨工况63-66
• 5.4 持水特性对边坡稳定性的影响66-67
• 5.5 本章小结67-69
• 6 总结与展望69-71
• 6.1 全文总结及主要结论69-70
• 6.2 进一步工作的建议70-71
• 致谢71-73
• 参考文献73-77
• 附录A 攻读硕士学位期间主要研究成果77

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