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《成都理工大学》 2004年
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降雨诱发滑坡机理及其评价方法研究

戚国庆  
【摘要】:60%以上的边坡失稳是由于降雨引起的。降雨诱发滑坡的机理及相应的评价方法的研究历来是学术界、工程界十分关注,而又难以解决的一个课题。然而,目前岩土工程界尚无可资利用的研究成果。因此,这一方面的研究,具有重大的理论意义和工程意义。 本文研究取得以下主要研究成果。 (1) 运用非饱和土力学理论、饱和—非饱和渗流理论,针对降雨诱发滑坡的机制以及相应的评价方法进行系统地研究。初步建立了一套“由现场基质吸力观测—室内非饱和土物理力学试验—模型机理分析—边坡降雨入渗数值模拟—降雨诱发边坡失稳评价”的方法体系。在此基础上,结合三峡库区泄滩滑坡,运用上述方法进行系统的分析探讨。 (2) 通过对土水特征曲线数学模型进行研究,依据这些模型的数学表达式形式,将其划分为四种类型。分别由这四种类型的数学模型推导出具有统一表达式形式的土水特征曲线通用数学模型,并依据泄滩古滑坡体的土水特征曲线和陕北高原黄土土水特征曲线试验数据,对通用数学模型进行了研究。 (3) 对基质吸力作用下非饱和土变形进行了研究。在此基础上,依据“吸力变形”观点,对降雨入渗引起边坡位移的机制、规律进行了探讨。提出由降雨引起的边坡位移与边坡体中非饱和土体基质吸力变化产生的应变有关,并建立了非饱和土应变与含水量的变化关系。以武都滑坡为例,对边坡位移随降雨量变化呈指数关系进行了研究、验证。 (4) 滑坡基质吸力的现场观测,对于运用非饱和土力学理论研究降雨型滑坡判据至关重要。通过研究泄滩滑坡基质吸力近16个月观测数据,发现滑坡基质吸力在深度上的变化受滑坡体物质组成分带性的影响。与Sweeney得到的边坡基质吸力剖面有差异。观察还发现,滑体非饱和带基质吸力随降雨因素的变化,在非饱和带的上部与单次降雨具有对应关系,而在非饱和带的中、下部则无明显的对应关系。本文对以上的观察结果进行了分析讨论。 (5) 基于饱和—非饱和渗流理论,编写了分析边坡降雨入渗的数值模拟程序(U-SGF)。运用U-SGF程序,对不同水库水位,降雨及降雨停止后,泄滩滑坡体内饱和—非饱和渗流场进行了数值模拟。揭示了库水位变化与降雨入渗共同作用下,边坡非饱和带内基质吸力、暂态饱和区、暂态水压力的变化。同时,对水库水位由175m降至145m的过程中,滑坡体内饱和—非饱和渗流场进行了数值模拟。计算结果表明本文的模型和U-SGF程序中的算法是合理可行的。 (6) 基于非饱和土力学理论,对降雨诱发边坡失稳的机制以及相应的边坡稳定性评价方法进行了探讨。并据此对泄滩滑坡在降雨入渗、库水位降低情况下的稳定性进行分析、评价。提出:① 对于短历时强降雨,边坡稳定性系数的最低值出现在降雨停止若干小时以后。随后,边坡的稳定性系数开始缓慢回升。② 对于水库水位下降,选择的水位下降速度越小,对边坡稳定性越有利。因为退水时间越长,越有利于边坡中的地下水排水,孔隙水压力降低,基质吸力增加,从而边坡的稳定性也升高。
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