非飽和土孔隙水作用機理及其在邊坡穩(wěn)定分析中的應用研究.pdf

1、非飽和土內(nèi)孔隙水的作用形式是引起巖土體力學性質(zhì)變化的根本性原因。論文依托作者在參與降雨誘發(fā)淺層非飽和土滑坡項目（美國地調(diào)局-科羅拉多礦業(yè)大學聯(lián)合項目）時所取得的試驗成果以及所觀察到的非飽和土體特殊性質(zhì)，綜合利用數(shù)學解析、室內(nèi)試驗和數(shù)值模擬等手段，從宏觀現(xiàn)象和微觀結(jié)構(gòu)，對非飽和土內(nèi)的孔隙水作用機理以及相應的土體力學性質(zhì)進行研究。論文主要內(nèi)容包括：
　　（1）利用推導所得公式來計算不同降雨量q、進氣壓力值倒數(shù)α以及q/ks條件下的土層

2、穩(wěn)態(tài)滲流場分布形式，相對于其它因素而言，滲流場分布形式對降雨強度的大小會更為敏感一些。進一步對砂土、粉土及粘土三種典型土體進行研究，得到了降雨/蒸發(fā)條件相同且達到了穩(wěn)態(tài)滲流階段時，不同類型土體內(nèi)的吸力場和含水量場分布狀況的特點：三種類型的土體中，粘性土體對降雨邊界條件的變動最為敏感，這體現(xiàn)在降雨強度發(fā)生相同變化時，粘土層內(nèi)滲流場分布所產(chǎn)生的調(diào)整幅度是最大的，這種現(xiàn)象又會進一步反應在該土體的強度性能等方面。繼續(xù)對瞬態(tài)滲流場進行分析，研究兩

3、階段降雨作用時土層內(nèi)的滲流場分布。結(jié)合公式推導所得的邊界條件/初始條件，利用Laplace變換對已有的無量綱二階偏微分方程進行求解，得到了可用于計算瞬態(tài)滲流場分布形式的方程式。采用非線性的Boussinesq方程來描述受恒定變動速率庫水位影響的坡體內(nèi)非穩(wěn)定潛水流，結(jié)合特定的邊界條件，推導得出了坡內(nèi)浸潤線（地下水位線）位置的計算表達式。通過該表達式可知，邊坡巖土層內(nèi)的變化幅度要受到庫區(qū)水位變動速率、滲透系數(shù)以及給水度值等因素的影響。

4、>　　（2）在滑坡現(xiàn)場不同位置和不同深度處采集四種類型的土體，對這些土體進行瞬態(tài)水力特性循環(huán)試驗，將試驗所得初始數(shù)據(jù)輸入到 HYDRUS-1D軟件中進行擬合，并考慮到高進氣值陶瓷板、孔隙水中逸出氣體對試驗結(jié)果所造成的影響，最終可得到非飽和土體相應于脫濕進程和吸濕進程時的幾種主要水力參數(shù)。不同水力進程條件下所得的同種水力參數(shù)值之間的差異明顯，將這種現(xiàn)象稱為非飽和土的“滯后效應”。
　?。?）從微觀結(jié)構(gòu)角度入手，對相同直徑雙顆粒非飽和

5、土系統(tǒng)和不同直徑雙顆粒非飽和土系統(tǒng)進行分析，得到了相應于不同類型雙顆粒非飽和土系統(tǒng)時的填充角、含水量以及基質(zhì)吸力等參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系表達式，通過這些表達式計算得到的數(shù)據(jù)，對不同水力路徑條件下，非飽和土的滯后效應等特殊性質(zhì)進行了驗證，并得到了級配不同土體的滯后效應特點。
　?。?）聯(lián)合常規(guī)土工試驗和微觀結(jié)構(gòu)分析兩種手段，得到了吸力對非飽和土強度的貢獻形式和貢獻規(guī)律。針對試驗過程中土體所呈現(xiàn)出的特殊性質(zhì)，對不同含水量時的土樣進行微觀結(jié)

6、構(gòu)掃描試驗，觀察其內(nèi)的孔隙水與土體顆粒之間的作用形式，并對不同賦存形式的孔隙水在提供土體強度時所起的作用進行了分析。
　　（5）在區(qū)分不同水力路徑的前提下，將試驗所得的土體水力學參數(shù)和物理力學參數(shù)應用于數(shù)值模型中，研究結(jié)果表明，對受庫區(qū)水位變動影響的邊坡而言，相應于不同庫水變動類型和變動速率的邊坡，其整體穩(wěn)定性會呈現(xiàn)出不同的發(fā)展規(guī)律；對受不同類型降雨作用的邊坡體而言，邊坡整體穩(wěn)定性會隨著降雨持時或強度的增長而逐漸降低。低強度長持時