论文部分内容阅读
滑坡是一种严重的岩土体失稳现象,降雨原因引起的滑坡称为降雨诱发型滑坡。对研究降雨引发滑坡进行研究主要有两种有效的途径,一是对降雨诱发型滑坡的记录资料进行统计从而寻求降雨与滑坡相关性规律;二是研究雨水入渗引发滑坡的过程以及机理,并建立定量分析的模型。
滑坡的发生固然与不良的地质条件和岩土体结构条件等内因有关,但另一方面也与各种外部营力的作用有关。引发滑坡的外部营力多种多样,在引起滑坡诸多外部营力中,降雨、尤其是大量的降雨或暴雨无疑是触发滑坡的最主要的因素之一。降雨对滑坡的触发作用主要体现在:在降雨过程中,地表水进入岩土体增加了坡体的自重,从而增大了滑坡体的下滑力。水体进入滑坡体使得孔隙水压力增大,孔隙水压力的增加降低了土体的有效应力,从而降低了土体的抗剪强度,这样使原本处于极限平衡状态的坡体产生滑动;降雨由地表入渗进入地下,转变成为地下水,也可能抬高了地下水位线,滑动面受到浸泡软化的作用加大,使得滑面处土体的抗剪强度也降低。另外,如果降雨作用是多次循环出现,那么坡体多次的干湿交替变化导致岩土体开裂,开裂产生的大量节理裂隙,成为降雨入渗的良好通道,增加了土体的入渗能力,从而从宏观上降低了土体的抗剪强度。可以说,在具备了滑坡的地势和地质条件时,降雨在很大程度上是滑坡发生的最主要激发因素。因此要研究降雨型滑坡的发生原因以及降雨对滑坡的稳定性的影响,问题的关键在于水对滑坡的作用,而要研究水的作用主要需要解决的问题就是如何计算雨水入渗引起的瞬态渗流场。研究表明,水对滑坡作用很大程度上是以渗流的形式表现的。如果能够求解由降雨引起的瞬态渗流场的解答,就可以利用已经成熟的极限平衡法计算滑坡的实时稳定性变化。
本论文在综合前人研究成果的基础上,搜集了贵州地区多年的滑坡和降雨历史资料得出总结,应用数学计算、渗流理论,数值模拟等理论方法,对降雨型滑坡渗流特征、降雨型滑坡稳定性评价等方面进行了深入研究。
论文首先介绍了降雨的时间空间分布特征,指出降雨诱发型滑坡的发生明显的受控于地区降雨发生的频率和降雨量的大小,滑坡的发生同步于年降雨时段与年集中降雨量大小的变化以确定特征降雨强度的值。接着介绍了降雨入渗的基本概念,并在此基础上分析了降雨与滑坡、渗流的相关影响因子。然后介绍饱和、非饱和渗流的基本理论以及控制方程、定解条件。在了解了基本的概念、理论以后,着重介绍了考虑以非饱和土为研究对象的降雨型滑坡的稳定性分析。简单介绍传统的极限平衡方法后,考虑以渗透力和基质吸力为修正极限平衡法的切入点。最后以贵州某降雨型滑坡为例,简单介绍了案例滑坡的工程概况、工程地质条件等基本情况,借助有限元数值模拟分析了给定降雨强度的暂态渗流场,分析对比此次降雨后不同时间段内的渗流分布情况,并导出了滑坡稳定性的数值模拟分析结果,然后以修正后的极限平衡公式进行稳定性计算,从而对比在考虑与不考虑基质吸力的稳定结果与数值模拟结果。
主要研究成果:
(1)降雨诱发型滑坡受降雨因素控制明显,其发生时间一般分布于滑坡发生地区的雨季。不同的降雨类型诱发的滑坡有明显差别,而滑坡的空间分布主要决定与该地区是否多发降雨。降雨强度,降雨历时,降雨雨型等均对滑坡有不同的影响。
(2)降雨对渗流的影响是有区别的,会因为降雨类型的不同而产生不同的效果,从而影响滑坡降雨的入渗。
(3)根据渗流的定义、微分方程、边界条件、降雨入渗的基本理论等,着重分析非饱和土的渗流理论,确定了影响非饱和渗流的几个由非饱和土体特性,而这些特性受非饱和土的基质吸力和含水量的影响。
(4)考虑孔隙水压力影响的滑坡稳定性分析方法,在结合非饱和抗剪强度理论的条件下,对传统极限平衡分析法进行了改进,将基质吸力引入基于非饱和土抗剪强度理论的稳定性计算中,并结合实例进行了计算,得到更接近数值模拟稳定性分析结果的计算结果。
(5)结合贵州省某具体滑坡实例的建立了降雨滑坡模型,模拟滑坡降雨下的渗流场分布,由数值模拟的结果做出了具体的分析对比,得到了在给定降雨强度下降雨入渗的运动特点,并且分析得到降雨对滑坡稳定性的影响。当降雨强度较大作用后,稳定性的显著降低将发生在降雨结束后稍短的一段时间内。
(6)在100mm/d的降雨强度下借助seep/w模块模拟降雨历时3天的渗流场分布情况,结合非饱和土降雨入渗流一固耦合理论,由数值模拟出的考虑耦合作用的稳定性计算结果,并与计算出的滑坡稳定性进行对比验证,最后显示土坡稳定数值模拟分析的结果与稳定性计算结果相符,可作为考虑非饱和土土坡稳定分析的方法,具有一定的理论意义和实用价值。