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《南京大学》 2015年
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降雨条件下人工堆山坡体的渗流及稳定性分析

李肖南  
【摘要】:随着城市建设的发展,城市拆迁改造、河道清淤、矿山治理等工程将会产生大量的工程弃土和固体废弃物,如何处理这些弃土和固体废弃物是当前研究的热点。近年来,人工堆山工程的提出是有效解决城市固体废弃物、处置环境岩土工程问题的重要举措之一。人工堆山有别于自然山体,其边坡堆载体常为工程弃土和固体废弃物的混合体,故研究人工堆山边坡堆载体的渗透性、膨胀性,以及降雨情况下人工堆山边坡渗流场对人工堆山安全性和稳定性的影响具有重要意义。本文以土石混合体模拟人工堆山边坡堆载体,选取下蜀土作为细粒(土)材料,分别添加0%、15%、30%和45%含量的不规则形状角砾,同时控制土石混合体的干密度,采用自行设计的新型渗透膨胀仪对土石混合体的渗透性及膨胀性进行研究。运用Geo-Studio有限元软件中的渗流分析模块和边坡稳定分析模块,对镇江某人工堆山在不同方案下降雨入渗过程中边坡渗流场的动态变化进行数值模拟,并结合极限平衡法,分析不同方案降雨过程中的边坡稳定性。本文的主要研究成果如下:(1)本文设计了一种新型渗透膨胀仪,在满足土石混合体试样尺寸要求的同时,可以在工程现场较快地测得原位或重塑试样的渗透速率和膨胀量。(2)试验结果显示,土石混合体的渗透速率随含石量的增加而增加,两者存在指数关系,满足k=k0enp;而膨胀量随着含石量的增加而减小,两者存在线性关系;土石混合体的渗透速率随干密度的增加而减小,膨胀量随干密度的增加而增加;土石混合体的渗透膨胀率和膨胀含水率两者存在较明显的线性关系。且新型渗透膨胀仪所测得土石混合体的渗透速率与柔性壁渗透仪所得的饱和渗透速率规律具有一致性,两者相差近一个数量级。(3)数值模拟结果显示,降雨强度越大,边坡土体内的体积含水率变化范围越大,坡体表面出现暂态饱和区的时间也越早;降雨持时越长,其影响深度和范围也越大。坡脚处土体的体积含水率所受影响最大。(4)降雨入渗过程中,最先影响到的是边坡表层的土体,表层土体的孔隙水压力随着降雨的持续而逐渐增大,直到孔隙水压力为零。降雨过程中坡脚处的负孔隙水压力最先上升到零,对边坡稳定性产生重要影响,应在设计和治理时予以重视。(5)降雨强度越大,持续时间越长,雨水入渗的范围也越大,入渗量越多,边坡的安全系数下降的越快。且安全系数的最小值不是在降雨结束时刻出现,而是存在一定时间的滞后性。
【学位授予单位】:南京大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TU43

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