降雨诱发堆积土滑坡的物理模拟及其流—固耦合数值分析

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降雨是诱发滑坡发生的重要原因,滑坡灾害造成了大量的人员和财产损失。如何合理的评价和预测降雨条件下滑坡的稳定性及滑坡规模,一直为学者们所关注。因此,对于降雨过程中坡体中水分的变化规律的研究以及对诱发边坡失稳的深入探讨具有重要的理论意义和实际工程应用价值。
  开展了一系列降雨诱发滑坡试验研究,通过压力板仪试验获取了脱水过程的土-水特征曲线,还基于流-固耦合理论进行了数值分析。在此基础上,对西南地区堆积土的土-水特征曲线滞后特性、降雨雨型、渗透系数对滑坡的影响进行了深入研究,最后分析了成层土边坡的入渗过程和稳定性变化规律及相关因素的影响,主要研究成果如下:
  1.在室内进行了降雨诱发滑坡的物理模型试验,基于实验数据,再结合边坡破坏形式,分析了西南地区堆积物边坡破坏过程和变形破坏机理。探讨边坡坡度、降雨强度和初始基质吸力分布对边坡变形破坏过程的影响。
  2.通过压力板仪开展了土-水特征曲线试验,结合简化的非饱和土强度公式,开展数值模拟,分析表明流-固耦合的方法预测的边坡稳定性和滑动面位置与实测值基本吻合,说明该方法是可行的。在流-固耦合理论的基础上,再结合经验判断对降雨诱发滑坡进行预测是可行的。
  3.土-水特征曲线滞回特性反映了非饱和土的降雨-蒸发路径,模型试验和数值分析的结果对比表明了土-水特征曲线滞回特性对滑坡产生重要影响,降雨过程中的边坡处于吸湿过程,在降雨型滑坡研究中应该采用吸湿路径的土-水特征曲线进行研究。
  4.基于流-固耦合理论和非饱和土强度理论,研究了降雨雨型和渗透系数对滑坡的影响,研究表明降雨雨型对边坡孔隙水压力变化和稳定性有重要影响;渗透系数应该结合降雨强度一起进行考虑,研究结果表明稳定性系数和降雨强度与渗透系数的比值线性相关。
  5.进行了成层土土坡的流-固耦合数值研究,分析了两种典型的成层土土坡的降雨入渗过程,揭示了降雨诱发成层土土质滑坡的变形破坏机制;降雨强度、历时和渗透系数对成层土土坡入渗过程和稳定性的影响进行了深入探讨。当雨水未入渗到下层土体时,稳定性下降很快;当雨水入渗到下层土体时,边坡稳定性系数降低速率会变小;土层接触带处存在孔隙水压力突变,容易产生较大塑性变形,最终在接触带处形成滑带。
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