坡表堆積碎石土滲流規(guī)律研究.pdf

1、堆積體滑坡作為我國所發(fā)生的滑坡災害中較為典型的滑坡類型，具有影響范圍廣、持續(xù)危害大、爆發(fā)頻率多等特點。堆積碎石土作為堆積體滑坡的滑體物質(zhì)具有透水性強、粒徑范圍廣、大孔隙性等特點，極易在強降雨條件下失穩(wěn)進而誘發(fā)滑坡災害。因此，探究降雨過程中碎石土的水分運動特征對深入研究降雨致滑機理、預防滑坡等地質(zhì)災害具有理論指導與現(xiàn)實意義。堆積碎石土由物質(zhì)結(jié)構(gòu)復雜的第四紀土與破裂巖塊二重介質(zhì)組成，應從宏觀和細觀兩個方面探究不同因素對堆積碎石土滲流規(guī)律的影

2、響。同時，堆積碎石土坡表不同粒徑的碎石因斜坡重力、搬運、剝蝕等地質(zhì)作用，在空間分布上存在明顯空間變異性，從而對碎石土導水率及水分的空間分布產(chǎn)生影響，使碎石土滲流參數(shù)存在空間變異性，進而導致斜坡不同區(qū)域的碎石土在降雨過程中抗剪強度折減差異。論文以湘潭市水竹灣隧道出口處堆積碎石土邊坡為研究對象，通過自制滲流儀器進行室內(nèi)滲流試驗與野外入滲試驗，并利用CT掃描與圖像處理技術，探討堆積碎石土宏、細觀孔隙特征與滲流規(guī)律之間的關系。同時，利用地質(zhì)學統(tǒng)

3、計方法研究了堆積碎石土入滲規(guī)律的空間分布與變異性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴細小黏粒的孔隙度首先隨含水率增加逐漸增加，當含水率達到12.5％時，土壤內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變，孔隙度隨含水率增加緩慢減小。隨著含水率的增加氣相孔隙度逐漸減少，小孔隙的數(shù)量明顯增加，中孔隙、大孔隙數(shù)量卻緩慢減少。不同含水率下孔隙定向角主要聚集在10°~30°、50°~70°、100°~120°、140°~160°四個方位，且含水率越小，孔隙有序性相對較差。概率

4、熵與形狀參數(shù)先隨含水率的增加在含水率為7.5%~10%間出現(xiàn)峰值，再隨含水率的增加而減少。⑵孔隙面積比率是影響滲透系數(shù)最主要的因素?？紤]含石率作為主要影響條件時，隨著含石率的減少（從70%減至30%），孔隙面積變異系數(shù)、孔隙周長變異系數(shù)及孔隙分形維數(shù)均呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，存在一個含石率閾值使其碎石土的滲透系數(shù)最小。根據(jù)孔隙面積比率(x)與碎石面積比率(y)，獲得滲透系數(shù)(k)擬合函數(shù)k=0.0328×x1.8245×y-1.4633

5、。⑶降雨初期表層土含水率的增加導致濕潤鋒遷移速度立即達到30~40mm/min，然后濕潤鋒遷移速率隨孔隙內(nèi)空氣阻力的增加（減小）緩慢減?。ㄔ龃螅?，遷移深度與時間曲線呈階梯狀。濕潤鋒遷移速率隨雨強的增大呈線性增長。降雨入滲過程中，碎石土沉降變形由緩慢增長、快速增加、逐漸停滯三個階段組成。雨強越大（2.0mm/min），碎石土出現(xiàn)快速沉降變形階段的時間越早（約50min）。滲透系數(shù)隨碎石土干密度增大近似線性減小。⑷明確碎石土入滲過程符合Ko

6、stiakov模型。不同粒徑碎石質(zhì)量分數(shù)、入滲率及不同深度碎石土含水率分別采用高斯、球形、球形半變異理論模型空間插值精度最高。粒徑大于10 mm碎石主要分布于坡頂與坡腰區(qū)域且使該區(qū)域入滲率的空間變異性相對較大，細小碎石（粒徑2~10 mm）則聚積在坡腳位置，飽和入滲速率沿坡面由上至下呈逐漸減少的空間分布趨勢。淺土層（0-15 cm）坡腰含水率比坡頂、坡腳要高，而深土層（15-25 cm）坡腳含水率比坡頂、坡腰要高，且隨深度增加緩慢上升。