川东红层地区降雨诱发浅层土质滑坡试验及数值研究

摘要

降雨是诱发滑坡的重要原因，南江县2011年“9.16”特大暴雨诱发了大规模群发性滑坡，造成了大量的人员和财产损失。针对川东红层地区降雨诱发的浅层土质滑坡，目前已有学者对其发育环境、分布规律、成因机理以及影响因素进行了一系列研究。但很少人从降雨诱发滑坡的内部机理出发，研究斜坡的降雨入渗规律以及稳定性变化情况，也没有清楚地揭示该类滑坡总是沿基岩面顺层滑动的原因。因此，针对雨水入渗过程中坡体渗流场的变化规律以及滑坡失稳界面效应的研究具有重大意义。
　　开展了野外地质调查、现场原位水文监测和一系列降雨诱发基岩型浅层滑坡室内模型试验研究，建立了相应的浅层滑坡理论模型，并基于非饱和土渗流-变形耦合理论进行了数值计算。取得的主要研究成果如下:
　　1.在古坟坪滑坡现场进行了原位水文监测，结合降雨监测资料，分析了研究区残坡积土的降雨入渗规律和边坡水文响应特征，研究了降雨特征对斜坡含水率分布的影响。
　　2.在室内进行了降雨诱发浅层滑坡的模型试验，基于试验水分和变形监测数据，分析了川东红层地区浅层土质边坡的降雨入渗规律和临界破坏累计降雨量，总结了浅层土质滑坡的变形破坏模式，并探讨了降雨强度、降雨类型和初始含水率的边坡入渗过程的影响。
　　3.将修正的Green-Ampt入渗模型与边坡稳定性分析方法相结合，考虑地下水位的影响，建立了浅层滑坡的理论模型，对比分析了滑面位于湿润锋处和滑面位于基岩面处边坡稳定性变化情况，确定了相应的滑坡时间预警模型，并探讨了地下水高度、初始重度对边坡稳定性的影响。
　　4.基于饱和-非饱和流固耦合理论，研究了前期降雨类型、初始基质吸力、饱和渗透系数以及斜坡倾角对滑坡的影响，研究表明前期降雨对该类边坡孔隙水压力变化和稳定性影响微弱;初始基质吸力的影响具有时间效应，初始基质吸力越大，斜坡倾角越小，边坡越稳定;饱和渗透系数越大，基岩面越容易产生积水，边坡越不稳定。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 选题依据及其研究意义

1．2 国内外研究现状及发展趋势

1．2．1 降雨滑坡模型试验的研究现状

1．2．2 降雨滑坡理论模型的研究现状

1．2．3 非饱和土流-固耦合的研究现状

1．3 研究内容及技术路线

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 论文研究思路、技术路线

1．4 论文的特色与创新之处

第2章 浅层土质滑坡的基本特征及典型实例

2．1 工作区概况

2．2 区域地质环境特征

2．2．1 气象、水文

2．2．2 地形地貌

2．2．3 地层岩性

2．2．4 地质构造

2．2．5 水文地质概况

2．2．6 人类工程活动

2．3 浅层土质滑坡实例—东榆镇古坟坪滑坡

2．3．1 滑坡形态及规模

2．3．2 滑坡物质组成及结构特征

2．3．3 滑坡变形特征

2．3．4 滑坡岩土物理力学性质

2．3．5 滑坡水文地质条件

2．4 浅层土质滑坡的成因机理

第3章 南江县古坟坪滑坡水文监测研究

3．1 水文过程监测设计

3．1．1 监测场地

3．1．2 降雨特征监测

3．1．3 非饱和渗流监测

3．2 监测结果分析

3．2．1 初始体积含水率

3．2．2 体积含水率实时监测

3．3 小结

第4章 降雨诱发浅层土质滑坡室内试验研究

4．1 概述

4．2 试验基本情况

4．2．1 试验场地

4．2．2 试验仪器设备

4．2．3 试验模型制作

4．3 试验方案

4．4 试验结果

4．4．1 第一组试验结果

4．4．2 第二组试验结果

4．4．3 第三组试验结果

4．4．4 第四组试验结果

4．5 试验结果分析

4．5．1 破坏结果分析

4．5．2 降雨强度对滑坡的影响

4．5．3 降雨类型对滑坡的影响

4．5．4 初始含水率对滑坡的影响

4．6 小结

第5章 降雨诱发浅层土质滑坡理论模型研究

5．1 概述

5．2 修正的G-A入渗模型

5．3 浅层滑坡理论模型的建立

5．3．1 滑面位于湿润锋处

5．3．2 滑面位于基岩面处

5．4 算例分析与讨论

5．4．1 入渗模型的试验验证

5．4．2 浅层滑坡模型的对比分析

5．4．3 地下水高度对边坡稳定性的影响

5．4．4 初始重度对边坡稳定性的影响

5．5 小结

第6章 降雨诱发浅层土质滑坡数值研究

6．1 概述

6．2 饱和-非饱和流固耦合数学模型

6．2．1 非饱和土渗流-变形耦合方程

6．2．2 非饱和土渗流-变形耦合有限元格式

6．2．3 非饷和土渗流-变形非耦合分析

6．3 浅层土质滑坡数值计算结果及分析

6．3．1 计算模型、边界及岩土体参数

6．3．2 耦合和非耦合入渗结果对比分析

6．3．3 滑坡影响因素分析

6．4 小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果