降雨入滲下黃土邊坡破壞機(jī)理及減災(zāi)技術(shù)研究.pdf

1、開展降雨入滲引起的黃土邊坡破壞機(jī)理分析及防治技術(shù)研究具有重要的理論意義與工程應(yīng)用價(jià)值。本文以典型的我國(guó)黃土邊坡為背景，從降雨入滲的誘發(fā)因素入手，采用非飽和黃土滲流力學(xué)理論分析、物理模型試驗(yàn)和有限元數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，研究降雨入滲下黃土邊坡破壞機(jī)理，評(píng)價(jià)黃土邊坡的穩(wěn)定性，提出降雨入滲下黃土邊坡的減災(zāi)技術(shù)。
　　基于黃土高原地區(qū)降雨特點(diǎn)和邊坡類型分析，給出了不同類型黃土邊坡降雨入滲條件下破壞的主要影響因素，建立了黃土邊坡滲流場(chǎng)分析模

2、型。基于多孔介質(zhì)理論和水力學(xué)理論得到了二維非飽和黃土滲流的控制方程。推導(dǎo)出了在降雨過(guò)程中黃土邊坡內(nèi)部瞬態(tài)含水率的解析解，確定了雨水入滲深度和坡體表面飽和層厚度。
　　依據(jù)Bishop的非飽和土有效應(yīng)力原理中參數(shù)?與飽和度的近似關(guān)系，建立了參數(shù)?與含水率的關(guān)系，使用 GDS試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)力路徑試驗(yàn)，確定了參數(shù)?與含水率關(guān)系式中的有關(guān)系數(shù)。依據(jù)參數(shù)?與含水率的關(guān)系，建立了降雨過(guò)程中非飽和黃土有效應(yīng)力與含水率的關(guān)系式，得到了隨降雨而變化

3、的非飽和黃土邊坡有效應(yīng)力計(jì)算式。
　　基于非飽和黃土有效應(yīng)力原理，給出了用降雨強(qiáng)度、降雨歷時(shí)、初始含水率和位置作為自變量的非飽和黃土抗剪強(qiáng)度表達(dá)式，采用簡(jiǎn)化Bishop法分析飽和-非飽和黃土邊坡，得到了飽和-非飽和黃土邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的安全系數(shù)計(jì)算公式。
　　完成了降雨入滲下黃土邊坡破壞機(jī)理物理試驗(yàn)研究。通過(guò)降雨試驗(yàn)獲得了降雨強(qiáng)度和降雨歷時(shí)等模型試驗(yàn)降雨條件數(shù)據(jù)，通過(guò)含水率和密度試驗(yàn)獲得了模型試驗(yàn)黃土的初始含水率、瞬態(tài)含水率、

4、密度和干密度，擬合了瞬態(tài)含水率、浸潤(rùn)鋒線深度、飽和層厚度、非飽和黃土有效應(yīng)力與降雨強(qiáng)度、降雨歷時(shí)、初始含水率、位置的關(guān)系式，得到了相關(guān)參數(shù)。擬合了降雨入滲黃土邊坡的滲流特性參數(shù)與干密度的關(guān)系式，簡(jiǎn)化了應(yīng)用滲流理論和非飽和黃土有效應(yīng)力原理所得到的瞬態(tài)含水率、有效應(yīng)力計(jì)算式，簡(jiǎn)化后的計(jì)算式應(yīng)用起來(lái)更加方便。通過(guò)降雨入滲黃土邊坡理論分析和模型試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析，得到了二者基本吻合的結(jié)論，驗(yàn)證了理論分析的正確性。
　　基于降雨入滲黃土邊坡二

5、維滲流控制方程，使用Galerkin方法建立降雨入滲下黃土邊坡滲流分析的有限元方程。以降雨入滲下黃土邊坡物理模型試驗(yàn)得到的擬合參數(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)不同坡角、坡高、初始體積含水率、降雨強(qiáng)度、降雨歷時(shí)和干密度的黃土邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，得到了基于強(qiáng)度折減法的降雨入滲下黃土邊坡安全系數(shù)。研究表明：隨著坡角和坡高的增大，黃土邊坡安全系數(shù)逐漸減小，減小的幅度越來(lái)越小，安全系數(shù)變化幅度很大。隨著初始含水率和干密度的增大，黃土邊坡安全系數(shù)逐漸減小，減小的幅度

6、越來(lái)越大，安全系數(shù)變化幅度較大。隨著降雨強(qiáng)度和降雨歷時(shí)的增大，黃土邊坡安全系數(shù)逐漸減小，減小的幅度越來(lái)越小，安全系數(shù)變化幅度較小。
　　基于降雨入滲下黃土邊坡破壞機(jī)理分析，針對(duì)黃土滑坡和崩塌兩種災(zāi)害，提出了地表和地下排水、抗滑樁、錨索、格構(gòu)錨固和重力擋墻等降雨誘發(fā)黃土滑坡防治措施，給出了危險(xiǎn)土體錨固、危險(xiǎn)土體支撐、危險(xiǎn)土體清除、灌漿封閉和柵欄防護(hù)等降雨誘發(fā)黃土崩塌防治措施，得到了降雨入滲下黃土滑坡和崩塌防治措施的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算式。<