非飽和土孔隙水作用機(jī)理及其在邊坡穩(wěn)定分析中的應(yīng)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(xué)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(xiàng)目（美國(guó)地調(diào)局-科羅拉多礦業(yè)大學(xué)聯(lián)合項(xiàng)目）時(shí)所取得的試驗(yàn)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(xué)解析、室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值模擬等手段，從宏觀現(xiàn)象和微觀結(jié)構(gòu)，對(duì)非飽和土內(nèi)的孔隙水作用機(jī)理以及相應(yīng)的土體力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究。論文主要內(nèi)容包括：
　　（1）利用推導(dǎo)所得公式來(lái)計(jì)算不同降雨量q、進(jìn)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(chǎng)分布形式，相對(duì)于其它因素而言，滲流場(chǎng)分布形式對(duì)降雨強(qiáng)度的大小會(huì)更為敏感一些。進(jìn)一步對(duì)砂土、粉土及粘土三種典型土體進(jìn)行研究，得到了降雨/蒸發(fā)條件相同且達(dá)到了穩(wěn)態(tài)滲流階段時(shí)，不同類(lèi)型土體內(nèi)的吸力場(chǎng)和含水量場(chǎng)分布狀況的特點(diǎn)：三種類(lèi)型的土體中，粘性土體對(duì)降雨邊界條件的變動(dòng)最為敏感，這體現(xiàn)在降雨強(qiáng)度發(fā)生相同變化時(shí)，粘土層內(nèi)滲流場(chǎng)分布所產(chǎn)生的調(diào)整幅度是最大的，這種現(xiàn)象又會(huì)進(jìn)一步反應(yīng)在該土體的強(qiáng)度性能等方面。繼續(xù)對(duì)瞬態(tài)滲流場(chǎng)進(jìn)行分析，研究?jī)?/p>

3、階段降雨作用時(shí)土層內(nèi)的滲流場(chǎng)分布。結(jié)合公式推導(dǎo)所得的邊界條件/初始條件，利用Laplace變換對(duì)已有的無(wú)量綱二階偏微分方程進(jìn)行求解，得到了可用于計(jì)算瞬態(tài)滲流場(chǎng)分布形式的方程式。采用非線(xiàn)性的Boussinesq方程來(lái)描述受恒定變動(dòng)速率庫(kù)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(dǎo)得出了坡內(nèi)浸潤(rùn)線(xiàn)（地下水位線(xiàn)）位置的計(jì)算表達(dá)式。通過(guò)該表達(dá)式可知，邊坡巖土層內(nèi)的變化幅度要受到庫(kù)區(qū)水位變動(dòng)速率、滲透系數(shù)以及給水度值等因素的影響。

4、>　?。?）在滑坡現(xiàn)場(chǎng)不同位置和不同深度處采集四種類(lèi)型的土體，對(duì)這些土體進(jìn)行瞬態(tài)水力特性循環(huán)試驗(yàn)，將試驗(yàn)所得初始數(shù)據(jù)輸入到 HYDRUS-1D軟件中進(jìn)行擬合，并考慮到高進(jìn)氣值陶瓷板、孔隙水中逸出氣體對(duì)試驗(yàn)結(jié)果所造成的影響，最終可得到非飽和土體相應(yīng)于脫濕進(jìn)程和吸濕進(jìn)程時(shí)的幾種主要水力參數(shù)。不同水力進(jìn)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(chēng)為非飽和土的“滯后效應(yīng)”。
　?。?）從微觀結(jié)構(gòu)角度入手，對(duì)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(jìn)行分析，得到了相應(yīng)于不同類(lèi)型雙顆粒非飽和土系統(tǒng)時(shí)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(dá)式，通過(guò)這些表達(dá)式計(jì)算得到的數(shù)據(jù)，對(duì)不同水力路徑條件下，非飽和土的滯后效應(yīng)等特殊性質(zhì)進(jìn)行了驗(yàn)證，并得到了級(jí)配不同土體的滯后效應(yīng)特點(diǎn)。
　　（4）聯(lián)合常規(guī)土工試驗(yàn)和微觀結(jié)構(gòu)分析兩種手段，得到了吸力對(duì)非飽和土強(qiáng)度的貢獻(xiàn)形式和貢獻(xiàn)規(guī)律。針對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中土體所呈現(xiàn)出的特殊性質(zhì)，對(duì)不同含水量時(shí)的土樣進(jìn)行微觀結(jié)

6、構(gòu)掃描試驗(yàn)，觀察其內(nèi)的孔隙水與土體顆粒之間的作用形式，并對(duì)不同賦存形式的孔隙水在提供土體強(qiáng)度時(shí)所起的作用進(jìn)行了分析。
　　（5）在區(qū)分不同水力路徑的前提下，將試驗(yàn)所得的土體水力學(xué)參數(shù)和物理力學(xué)參數(shù)應(yīng)用于數(shù)值模型中，研究結(jié)果表明，對(duì)受庫(kù)區(qū)水位變動(dòng)影響的邊坡而言，相應(yīng)于不同庫(kù)水變動(dòng)類(lèi)型和變動(dòng)速率的邊坡，其整體穩(wěn)定性會(huì)呈現(xiàn)出不同的發(fā)展規(guī)律；對(duì)受不同類(lèi)型降雨作用的邊坡體而言，邊坡整體穩(wěn)定性會(huì)隨著降雨持時(shí)或強(qiáng)度的增長(zhǎng)而逐漸降低。低強(qiáng)度長(zhǎng)持時(shí)