降雨条件下裂隙土边坡渗流场和稳定性分析

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二十世纪中期以来,在日益加剧的全球变暖趋势的强烈驱动下,极端降雨事件与之相伴的山区流域植被发育斜坡群发性失稳事件的发生频率越来越高。降雨作为诱发边坡失稳的主要原因,了解其破坏机制和影响因素,对于滑坡灾害的预测预报以及防护治理工作有着至关重要的作用。截止目前为止,对降雨诱发滑坡的研究主要集中在降雨强度、降雨持时、初始含水量等因素上,而对地下水对降雨的响应过程和响应机制的研究没有得到足够的重视。地下水对降雨响应的第一环节是土壤对降雨的响应,土体结构是影响该响应过程的重要因素。边坡表面土体由于干缩以及生物扰动等原因分布大量裂隙,裂隙土广泛分布于自然界和实际工程当中。裂隙的存在及几何形态、降雨条件和土体初始含水率等会对土体的渗流场和稳定性造成影响。裂隙土是引起边坡失稳、大坝地下污染物迁移、大坝破坏等岩土工程问题的关键因素。本文的主要研究内容主要包括以下几个方面:(1)将裂隙土看成由裂隙网络和基质组成的双孔隙系统,其中裂隙网络为大孔隙系统,土基为小孔隙系统。引入裂隙网络在裂隙土中的体积比重作为已知变量,在V-G模型的基础上推导出裂隙土的基质吸力、含水量和渗透系数之间的关系。(2)在引入裂隙土双峰特征曲线的前提下,针对湖北一工程实例,在强降雨的条件下,分别对比考虑和不考虑裂隙这2种工况下,得出在坡体不同位置处随降雨持时的增加其含水量和孔隙水压力的变化曲线。(3)观测整个边坡的渗流场在考虑和不考虑裂隙的情况下的差异性。同时引入实测参数裂隙网络的体积比重,探究裂隙含量的变化随着降雨持时的增加对边坡渗流场的影响。(4)对比分析在考虑和不考虑裂隙情况下坡体安全系数的变化以及最终危险滑动面,同时考虑裂隙网络体积的变化探究其对安全系数的影响。(5)基于双重介质模型,将裂隙土看成是由基质和裂隙相交组成的介质,根据双孔隙Richard渗流方程,运用伽辽金法得出该偏微分方程的近似解,同时将结果和Hydrus-1D的结果进行对比分析,验证了该方法的适用性。(6)研究了在降雨条件下,降雨时间和基质宽度分别对雨水在裂隙网络和基质中的渗流影响。对比分析了裂隙网络和基质中湿润峰的分布情况,前者陡直,后者平缓。(7)边坡稳定性分析表明,基质宽度越大,雨水入渗影响边坡稳定性的范围越深;当基质宽度变小时,雨水入渗接近均匀入渗,雨水入渗影响稳定性的深度变小,但是饱和度的增加,使得浅部土体的抗剪强度降低更大
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