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降雨诱发土质边坡失稳的试验与数值分析研究

林鸿州  
【摘要】: 降雨是诱发坡地地质灾害与人工边坡失稳的重要原因,这类灾害常造成重大的人员伤亡与财产损失,如何减少坡地灾害对社会的危害,一直是世界各国政府所关心的重要议题。因此研究降雨条件下各类天然和人工边坡的稳定性分析和评价方法,具有重要的学术意义与实用价值。 本文考虑降雨诱发型滑坡灾害的地质与降雨特性,进行了非饱和土抗剪强度特性的研究,利用饱和-非饱和非稳定渗流有限元分析与强度折减有限元法相结合的流固准耦合方法来评价降雨条件下的边坡稳定性,并进行了降雨诱发滑坡的试验研究以及其数值分析。论文主要的研究成果包括以下几个部分: 1.通过压力板仪和直剪试验的组合方法,对粉细砂、粉土与粉质黏土进行了试验,探讨了无粘性土和粘性土的各项抗剪强度参数与基质吸力的关系,并根据土中水不同状态下吸力的发展和作用,解释了非饱和土抗剪强度随土的状态路径而改变的机理。 2.利用饱和非饱和非稳定渗流有限元分析与强度折减有限元法相结合的流固准耦合方法对前人与本文的滑坡模型试验进行了数值分析,结果表明该法在描述降雨条件下边坡变形至失稳过程等方面具有明显的优势,即可用以预测滑坡类型、规模、滑体的位置及其影响距离等,因此该法对滑坡减灾工作具有实用价值。 3.通过模型试验与数值分析,提出将土水特征曲线的两个界限曲线用于流固准耦合方法的计算中,并以此来预测滑坡灾害发生的可能时间,由于其计算结果同样代表了两种极端情况,因此可以应用于雨量预警基准的规划。 4.模型试验数值验证的结果表明,在高雨强条件下,可以通过流固准耦合数值分析方法来评价边坡的稳定性;而在低雨强的条件下,当边坡产生渗出面时,将会低估可能的逸出点位置,从而影响对滑坡破坏时间的预测。


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