降雨条件下黄土边坡水分入渗数值模拟及其稳定性分析

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降雨入渗是诱发黄土边坡失稳的重要因素,土壤水分入渗规律一直以来都是该领域研究的热点。本文针对降雨入渗条件下造成的黄土开挖裸露边坡失稳灾害情况,在积雨与不积雨室内土柱入渗试验的基础上,基于HYDRUS-1D软件模型模拟了不同降雨条件下边坡土体水分入渗规律,并对模拟结果进行了分析与验证,同时结合野外试验探究不同样地类型边坡土体水分入渗规律,最后基于FLAC3D软件对积雨与不积雨条件下土体水分入渗对边坡稳定性的影响进行了模拟分析,为降雨条件下黄土边坡水分入渗数值模拟及其稳定性分析方面提供理论及科学依据。获得的主要研究成果如下:(1)基于HYDRUS-1D软件建立一维非饱和入渗模型对降雨入渗条件下积雨与不积雨黄土水分入渗规律进行了模拟,模拟值与实测值变化趋势一致,积雨条件下RMSE范围在0.011~0.017之间,NSE除20cm之外,均在0.9以上;不积雨条件下RMSE范围在0.023~0.039之间,NSE均在0.7以上,评价指标均在合理范围内,吻合效果较好,模拟精度较高。HYDRUS-1D软件能够较好地模拟不同降雨入渗条件下土壤水分的入渗规律。(2)积雨与不积雨条件下土壤水分特征参数敏感性排序均为>6)>n>α>。和扰动与模拟结果呈负相关,6)、n、扰动与模拟结果呈正相关,模拟时应确保高敏感性参数的准确性。(3)降雨入渗对不同样地剖面土壤水分的影响均表现为对浅层0-40cm剖面土壤含水率影响较大,对下部深层影响较小。植被的存在能够使水分在浅层得到更加充分的入渗,进而导致其入渗深度较浅,草地蓄水保水能力要优于农田、裸坡以及林地。不同样地类型对于降雨的响应均存在滞后性。(4)随着降雨入渗深度的增加,边坡土体的应变带逐渐从坡脚处向坡顶方向发展,边坡的稳定性逐渐变差,边坡的安全系数均随入渗深度的增加而降低,积雨入渗下边坡的安全系数从天然状态下的2.46降低到入渗深度为200cm时的0.76,不积雨入渗下边坡的安全系数从天然状态下的2.46降低到入渗深度为200cm时的0.72。降雨入渗历时相同时,积雨条件下边坡的安全系数更小,边坡失稳破坏产生滑坡的时间提前,相同入渗深度下,积雨与不积雨边坡的安全系数略有差异,原因主要可能是由于过渡区深度的不同。
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