基于电阻率探测的黄土斜坡降雨入渗规律研究

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近年来,在我国黄土地区由于极端降雨事件而导致的黄土滑坡问题日益严重,给人们的生产和生活造成了严重影响。降雨导致的水分入渗是影响黄土斜坡稳定性最为重要的因素之一,因此研究水分在黄土斜坡的入渗过程及其对斜坡稳定性的影响是至关重要的。本文以延安市宝塔区红化公园西北侧典型黄土斜坡为研究对象,首先通过室内黄土电阻率试验,讨论电阻率试验测量过程中各因素对结果的影响,探讨了电阻率测量的时间效应,提出了一种可以快速、准确测量室内黄土电阻率的方法,并讨论了黄土电阻率与体积含水率、干密度和基质吸力的关系;然后,通过室内黄土土柱降雨入渗试验验证了直流电阻率法对于监测水分入渗变化的可行性和准确性,探讨不同降雨模式下基于电阻率法评价土体水分垂向入渗过程的变化特征;最后,将现场监测得到的TLERT(延时电阻率成像技术)监测数据,反演得到斜坡含水率剖面和孔隙水压力剖面,分析不同降雨条件下黄土斜坡水分入渗规律,讨论了降雨入渗时斜坡稳定性的变化。主要取得以下成果:(1)通过室内黄土电阻率试验,得到四极法测试结果较二极法更加可靠;探讨了直流和交流供电时电阻率测量的时间效应,提出了以梯级加压的直流信号方式进行测试,提高了室内黄土电阻率测量的速度和精度。(2)基于改进的电阻率测量方法,得到体积含水率和干密度两者与电阻率均呈负相关关系,并且与改良的Archie公式具有较好的拟合效果。相同体积含水率时,吸湿曲线的电阻率值比脱湿曲线更大,存在滞后效应。黄土基质吸力随电阻率的增加而增大,且与本文提出的基质吸力与电阻率之间的关系式具有较好的拟合结果。(3)进行了室内黄土土柱降雨入渗试验,发现电阻率法监测土壤水分较为灵敏。不同深度对水分入渗的响应随着深度增加而响应时间变长。持续降雨条件下,湿润锋和降雨时间基本呈线性关系;间歇性降雨条件下,每次降雨后湿润锋呈指数函数减小并趋于平稳,且湿润锋下移速度随着降雨次数增加而变慢,其最终相对下降深度也逐渐减小。(4)基于TLERT监测获得不同降雨条件下黄土斜坡含水率变化情况和入渗规律。短时强降雨条件下,降雨对黄土斜坡水分场影响有限,仅在坡度较小坡段表层土壤含水率经历了先升高后降低的动态变化;长期间歇性降雨条件下,黄土斜坡的水分场变化深度更大,并且表现出迟滞性,浅层含水率变化较早,增大幅度更大。(5)将现场监测得到的斜坡电阻率分布情况转换为孔隙水压力分布情况,对斜坡降雨过程中的稳定性进行分析,发现斜坡稳定性随着降雨开始出现下降,在短期降雨的两天内,斜坡稳定性系数下降0.05;长期间歇性降雨过程中斜坡稳定系数最大降幅0.097,发生在第二次降雨结束后。对于浅层滑移面来说,间歇性降雨的前几次降雨对稳定性影响更大。
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