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《成都理工大学》 2012年 硕士论文
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降雨对填方边坡稳定性影响研究

余露  
【摘要】:近年来,工程建设项目日益增多,填方边坡,正随着工程建设的发展而广泛分布在丘陵、山地等地形起伏较大的地区,由填方边坡失稳而造成的事故在工程界也常有所闻。降雨是影响边坡稳定性,最终导致边坡失稳诱发滑坡的最主要和最普遍的环境因素。 本文以研究区填方边坡为对象,从非饱和土理论、饱和-非饱和渗流理论入手,运用相似原理,结合研究区工程地质条件和填方边坡特征,开展了填方边坡降雨物理模拟实验研究。对降雨条件下填方边坡模型各测点孔隙水压力的变化值进行观察。总结了降雨持时、降雨雨型、前期降雨等因素与边坡渗流场的相关性,并对降雨后期渗流场的变化做了初步的分析。然后,运用有限元软件对填方边坡进行数值模拟参数反演并对连续降雨条件下的渗流场及应力应变情况进行数值计算,从而分析降雨对填方边坡稳定性的影响。 本文主要研究内容及成果: 1、在总结前人成果的基础上,通过对非饱和土理论及饱和-非饱和渗流理论的深入研究,归纳完善了土-水特征曲线的影响因素,探讨了边坡降雨入渗的基本规律,并分析了降雨入渗对非饱和土边坡的影响。 2、通过研究区工程地质勘察以及对研究区填方边坡特征的分析,运用相似理论,设计、搭建了填方边坡降雨物理模拟系统,开展了室内物理模拟实验。通过对填方边坡降雨实验分析认为,孔隙水压力的升降与降雨的开始与停歇总体成对应关系,但又略有不同,存在一定的延迟效应。孔隙水压力上升过程中,深度0.25m和0.50m处压力值与时间的关系分别为:u_w=-0.0168t~2+0.2528t+0.2171、u_w=-0.0095t~2+0.1162t+0.1238。前期降雨(含水率)对孔隙水压力的变化有直接影响,在一定深度内,坡体前期含水率越低,雨水的渗流作用响应越迟缓。降雨后期,孔隙水消散是一个缓慢的过程。在消散过程中孔隙水压力曲线总体呈下降趋势,但将出现一次持续时间较短的小幅度上升过程。 3、在填方边坡降雨物理模拟实验的基础上,通过土-水特征曲线参数反演,获取了研究区边坡土体的参数。运用有限元软件构建数值模型,对研究区填方边坡降雨条件下渗流场进行数值模拟计算。分析表明,降雨过程中,坡体表层首先达到饱和,饱和区域零散分布在坡顶平台及拐点位置,随后饱和区域沿表层横向扩展并贯通,主要分布在距离坡表5m深度以内,水流矢量方向平行坡面向下分布,水体沿该区域向坡底拐角方向汇聚。填方边坡深度越深,渗流场变化受降雨的影响越小。 4、通过物理模拟和数值模拟探讨了降雨条件下填方边坡的饱和区域形成发展规律。提出了饱和区域形成发展主要分为5个阶段:①表层局部饱和阶段,②表层饱和区贯通阶段,③坡脚饱和区扩展阶段,④坡脚饱和区推移阶段,⑤底层饱和区抬升阶段。 5、通过有限元软件数值模拟耦合计算,分析了连续降雨24hour后填方边坡的应力应变情况。连续降雨后,研究区填方边坡剪应力集中位置主要出现在高程200m~210m(实际高程)位置,沿坡面平行分布,据坡面垂直距离约3m。填方边坡X方向位移主要集中在该区域坡体中心位置,向两侧及坡顶位移量逐渐减小。Y方向位移主要集中在坡体顶部内侧,向底部及外侧位移量逐渐减小。填方边坡降雨前坡体X方向最大位移量为1.569m,连续降雨后坡体X方向最大位移3.280m。降雨前Y方向最大位移量为-1.645m,连续降雨后坡体Y方向最大位移约-3.358m。


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