非饱和土渗透系数快速测定方法及降雨入渗诱发滑坡机理

来源 :张志远 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jessiemaa18
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降雨是诱发滑坡发生的重要因素,分析降雨对边坡稳定性的影响必须分析边坡中水分的入渗规律,并合理考虑湿化过程中土体强度的变化;其中非饱和渗透系数是对渗流过程影响最大的参数。目前降雨滑坡问题分析中存在两个关键性的问题:(1)由于实际土体渗透系数的“真实值”是未知的,所以现有非饱和渗透系数测量方法的精度难以评估;(2)目前边坡稳定性分析常使用线性强度理论,实际土体强度的非线性特点对降雨型滑坡稳定性的影响规律不明。为了解决以上两个问题,本文通过数值试验,首先对非饱和土渗透系数的测量方法进行了研究,然后分析了非饱和渗透特性对土体水分入渗过程的影响规律,进而探讨了土体非线性强度对降雨型滑坡稳定性的影响规律。论文的主要成果如下:(1)提出了一种改进的数字湿润锋前进法,并与传统的视觉观测法进行了比较。结果表明,在湿润锋前进法中,可以用数字润湿锋来代替视觉观测到的润湿锋。在湿润锋通过土柱装置之前,湿润锋前进速度的计算对数字湿润锋的选择不敏感。推荐使用三个监测截面,可以保证求解渗透系数的精度。(2)通过数值试验对湿润锋前进法和瞬时剖面法的误差来源和适用条件进行了验证。结果表明,湿润锋前进法在高吸力范围有较高的精度,而传统的瞬时剖面法在低吸力范围有较高的精度。在同一土柱实验中将数字湿润锋前进法与传统瞬时剖面法相结合,得到了宽吸力范围下准确的非饱和土渗透系数函数,该方法适用于多种土壤类型,试验持续时间仅为1~5天,从而使渗透系数的测量成为非饱和土力学的常规试验。(3)对非饱和入渗过程的主控因素进行了研究。结果表明,h-form Richards形式的渗流计算同时适用于饱和及非饱和土,具有较好的适用性,推荐适用;非饱和入渗过程对土体饱和渗透系数、土体初始条件和进气值比较敏感,在数值计算中应首先保证其准确性。(4)通过数值试验,分析了土体非线性强度对降雨型滑坡稳定性计算的影响。结果表明,常用的Fredlund线性强度模型在土体吸力较大时,会过高的估计边坡安全系数;合理选择非线性强度模型对边坡稳定性分析至关重要,推荐使用Vanapalli强度模型。通过对细粒土降雨型滑坡主控因素分析发现:连续的降雨天气容易诱发细粒土边坡发生失稳破坏。
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