【摘 要】
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随着油气管道建设的高速发展,由极端降雨天气造成的地质灾害对管线路段影响日益剧增,雨水的作用无疑是造成这些灾害发生的原因,雨水的入渗往往改变坡体内部渗流场参数,所以必须先对降雨条件下坡体内部渗流场演变规律进行充分探讨与研究,才能进一步研究降雨工况下坡体稳定性。本文是以中缅油气管道龙陵段管道两侧的全风化花岗岩作为试验研究对象,采用理论分析、室内物理模型试验及数值仿真模拟的方法手段来开展研究工作,室内构
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随着油气管道建设的高速发展,由极端降雨天气造成的地质灾害对管线路段影响日益剧增,雨水的作用无疑是造成这些灾害发生的原因,雨水的入渗往往改变坡体内部渗流场参数,所以必须先对降雨条件下坡体内部渗流场演变规律进行充分探讨与研究,才能进一步研究降雨工况下坡体稳定性。本文是以中缅油气管道龙陵段管道两侧的全风化花岗岩作为试验研究对象,采用理论分析、室内物理模型试验及数值仿真模拟的方法手段来开展研究工作,室内构建三组坡度模型试验,观测坡面冲刷侵蚀破坏现象及坡体含水率、基质吸力等相关物理量变化情况。同时以室内试验模型试验为背景,建立二维有限元渗流模型,模拟不同坡度在间歇式降雨条件下坡体渗流场的演化情况。具体研究成果如下:(1)采用张力计法及滤纸法对全风化花岗岩两种干密度条件下的水土特征曲线进行量测及VG模型拟合分析,结果表明:饱和含水率呈现随干密度增大而减小得趋势,残余含水率随之增大,土壤进气吸力值变大、持水能力增强;两种方法在不同干密度下参数变化形式较一致,局部存在差异,张力计特征曲线进气值、曲线斜率、残余含水率均大于滤纸法数值,但滤纸法特征曲线得到饱和含水率值大于张力计法,两种量测方法在低吸力段相差不大。(2)基于室内试验全风化花岗岩边坡坡面侵蚀破坏作用主要经历雨滴溅蚀阶段—径流侵蚀阶段—坍塌破坏阶段。边坡模型坡度越陡,坡面破坏程度就越严重,侵蚀破坏阶段经历就更全面。土壤侵蚀严重程度:40°>20°>10°;坡面破坏位置先后顺序:坡脚、坡中、坡顶。(3)基于室内试验得到降雨量入渗率的变化规律:降雨入渗率是随着降雨场数的增加而逐渐减少规律,其中40°坡体降雨入渗率下降速度最快。(4)体积含水率随间歇降雨呈现波浪形变化,对停降时刻具有一定的滞后性,接近边坡入渗界面滞后时间越短,含水率变化速率快,反之深部对停降雨的响应滞后时间较长,含水率变化速率相对缓慢。40°边坡破坏程度最严重,结合坡面破坏演变得出测点传感器失效方式有两种。一种是坡体局部出现渐退式流土破坏时,该位置含水率呈现突增到临界值后快速下降,破坏过程临界值范围在:38.2%-40.2%。而另一种则通过径流冲刷破坏的测点含水率曲线从缓慢增长再快速降低,最大值范围在35%-40%之间。(5)基质吸力随降雨持时呈现出由稳定值-降低-再次稳定的阶段,坡脚最深处测点吸力值降低速率小于上部土体。基质吸力时变曲线与体积含水率时变曲线具有高度的相似性,测点吸力响应时间与体积含水率响应时间较一致,吸力降低斜率大于含水率增加斜率,但两者减少与增长幅度具有正相关性。(6)从模拟计算结果可知:模拟结果表明负孔隙水压力及体积含水率时变曲线同物理降雨模型所测得基质吸力及含水率时变曲线较一致,但由于降雨的间歇停止期及滞后性的影响,测点增长速率及响应时间有出入;暂态饱和区变化规律:20°与40°坡体主要从坡脚部位逐渐向坡顶及坡体深部延展,10°坡体坡度较缓,暂态饱和区平行于坡面出现逐渐向坡体内部延展。随着停雨期的来临,暂态饱和区逐渐从坡面向下部土壤运移并消散,而模型底部的暂态饱和区自内向渗流口处逐渐消散;饱和-非饱和分界线同暂态饱和区分布规律一致,随降雨不断向坡体深部运移,10°模型降雨推移速率控制在10cm/场;20°模型前两场降雨推移速率在10cm/场,最后场推移速率30cm/场;40°模型推移速率分别为10cm/场、40cm/场;随着坡度增大,坡脚处更易出现饱和区,更应关注坡脚位置排水。
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