降雨入渗对不同母岩残积土边坡稳定性的影响研究

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滑坡对于人民群众的安全有着巨大的威胁,而不同母岩残积土边坡在降雨入渗的影响下的对比分析还未有过多的专门研究。因此,论文依托广东省自然资源厅2020年度国土科研项目“广东省重点山区县(市)人工边坡防治对策研究”,开展不同母岩残积土边坡受降雨入渗的影响研究,这在防灾减灾方面具有重要的意义。本文通过进行野外试验、室内试验、理论分析与数值模拟来进行广东省五个地区三种不同类型母岩残积土边坡在降雨条件下的稳定性分析。对于Mein-Larson降雨入渗模型进行改进与验证,再利用三种不同母岩残积土边坡进行降雨入渗条件下的稳定性分析。主要的研究成果如下:(1)通过野外试验测量边坡体积含水率,进行土体基本物理性质试验,获取土体力学性质参数与非饱和土的水力特性参数,对不同母岩残积土的土体特性进行分析:残积土的饱和度越高,内摩擦角越小,抗剪强度则先增后减;高基质吸力下,Boltzman模型表征非饱和土体的水力特性效果较差,Brutsaser模型在整个基质吸力范围内的拟合效果优于Boltzman拟合模型,Van Genuchten拟合模型的适应性最好,拟合效果最佳。(2)考虑初始含水率分布的非线性对Mein-Larson入渗模型进行改进,分别采用有限元模拟、边坡体积含水率数据验证改进模型的可靠性,得出本文改进模型相较前人的两种模型效果更佳,为下文研究湿润锋入渗深度对边坡稳定性的影响奠定理论基础。(3)通过对三种不同母岩的均质土坡进行理论求解,发现:采用基于M-P准则的严格条分法所求出来的安全系数略小于有限元求出的安全系数,偏于安全;随湿润锋的入渗,安全系数降幅越大,临近地下水位时,安全系数降速变缓,达到地下水位时,安全系数达到最小值。(4)通过Geo-Studio软件对石英砂岩、云母石英片岩及花岗岩残积土边坡进行有限元模拟,发现在降雨强度R=200mm/d降雨一天的条件下,石英砂岩残积土边坡安全系数为1.338,降幅为3.88%,云母石英片岩残积土边坡安全系数为1.697,降幅为1.11%,花岗岩残积土边坡安全系数为1.333,降幅为2.91%,三者均能保持稳定。(5)石英砂岩残积土边坡和花岗岩残积土边坡随降雨强度的增大,边坡不同部位土体的体积含水率迅速增大,趋于饱和;云母石英片岩残积土边坡随降雨强度的增大,边坡不同部位土体的体积含水率的变化较小。(6)石英砂岩残积土边坡和花岗岩残积土边坡随降雨时长的增加,边坡不同部位土体的体积含水率不断增大,孔隙水压也逐渐上升;云母石英片岩残积土边坡随降雨时长的增加,边坡不同部位土体的体积含水率和孔隙水压的变化幅度较小,受水分入渗影响的范围也较小。(7)在弱降雨-自由入渗阶段,雨强和土体本身的性质即水敏感性共同决定边坡的安全系数降低幅度;在强降雨-有压入渗阶段,土体的渗透能力和土体本身的性质即水敏感性控制边坡的安全系数降幅。
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