间断级配土石混合体的内部侵蚀机理研究

论文摘要

天然堆积体在自然界中广泛存在,在降雨条件下堆积体的失稳破坏机理一直以来是地质灾害研究方向关注的热点。在分析堆积体边坡降雨条件下稳定性时,由于其材料极端不均匀,常表现为间断级配且渗透性较强,因此考虑雨水下渗对材料内部的颗粒侵蚀作用是很有必要的。本文以室内模型试验为主要研究手段,结合计算机数值分析软件,对土石混合体材料内部侵蚀机理进行了探究,主要研究成果有:（1）自主研发了一套用于渗流侵蚀模型试验的装置,该装置能在保持恒定水头和试样饱和条件下,动态地模拟降雨入渗潜蚀土柱试样的过程,并能够直观地观察到侵蚀试验现象,实时监测内部各层孔隙水压力及试样顶部沉降变形情况。（2）利用研发的装置对6种颗粒级配的土石混合体材料进行了渗流侵蚀试验。以参数△Pmax作为判断颗粒侵蚀程度的指标,试验结果表明,侵蚀颗粒总量与曲率系数Cc呈正相关关系;而不均匀系数Cu决定了试样整体的沉降变形量。土石混合体中存在粗颗粒骨架结构、粗-细颗粒骨架结构与细颗粒骨架结构,细颗粒含量在30%左右的试样为粗-细骨架结构,其中的细颗粒最容易受到入渗雨水侵蚀,继而向土体深部运移,但存在移动距离的极限。（3）采用三种不同类型的判别准则,即Kezdi准则、Kenney&Lau准则以及Burenkova准则评价试验材料的渗透稳定性,结果与试验结论相符合,研究表明间断级配材料渗透稳定性较差。（4）利用PFC颗粒流软件建立了天然堆积体边坡模型,研究细颗粒流失对于边坡稳定性的影响。结果表明,细颗粒的流失会导致坡体中下部显著的沉降变形,且沉降大小与细颗粒的流失量呈正相关关系;细颗粒的流失会改变边坡破坏机制,由原始的沿土-岩接触面滑移改为滑移-沉降耦合破坏。

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摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 土体颗粒潜蚀及渗透稳定性

1.2.2 降雨引发滑坡机理研究

1.3 主要研究内容

1.4 技术路线

2 渗流侵蚀模型试验设计

2.1 引言

2.2 试验器材与装置

2.2.1 雨水入渗侵蚀土体模拟系统

2.2.2 数据采集与收集装置

2.3 试验设计

2.3.1 材料制备

2.3.2 试样重塑

2.3.3 颗粒侵蚀试验

2.4 本章小结

3 不同级配土石混合体饱和渗流侵蚀试验研究

3.1 引言

3.2 试验原理

3.3 标准砂-砾石间断级配的试验结果分析

3.3.1 水力参数分析

3.3.2 沉降变形分析

3.3.3 试验前后颗粒级配分析

3.4 单一粒径砂-砾石间断级配材料试验结果分析

3.4.1 水力参数分析

3.4.2 沉降变形分析

3.4.3 试验前后颗粒级配分析

3.5 两种细颗粒的试验结果比较

3.6 本章小结

4 基于现存准则判别试样渗透稳定性

4.1 引言

4.2 利用Kezdi准则评价试样稳定性

4.2.1 Kezdi准则

4.2.2 Kezdi准则评价试样渗透稳定性结果

4.3 利用Kenney&Lau准则评价试样稳定性

4.3.1 Kenney&Lau准则

4.3.2 Kenney&Lau准则评价试样渗透稳定性结果

4.4 Burenkova准则简介及对本试验评价

4.4.1 Burenkova准则

4.4.2 Burenkova准则评价试样渗透稳定性结果

4.5 三种评价结果对比

4.6 本章小结

5 基于颗粒流失的堆积体边坡稳定性数值模拟研究

5.1 引言

5.2 颗粒流失导致的边坡失稳机理

5.3 堆积体滑坡基本特征概述

5.3.1 地形地貌与空间形态

5.3.2 土体物质组成与物理性质

5.3.3 滑坡变形特征

5.4 PFC颗粒流软件介绍

5.5 堆积体模型建立与参数标定

5.6 数值模拟结果分析

5.6.1 细颗粒流失对边坡变形的影响

5.6.2 细颗粒的流失量对边坡变形的影响

5.6.3 细颗粒流失方向对边坡稳定性影响

5.7 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 后续研究展望

参考文献

附录

A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文

B 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目

C 学位论文数据集

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 宁越

导师: 谢强

关键词: 土石混合体,内部侵蚀,边坡稳定性,渗透破坏

来源: 重庆大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学

单位: 重庆大学

分类号: P694

DOI: 10.27670/d.cnki.gcqdu.2019.003114

总页数: 93

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