降雨入渗及其对斜坡稳定性的影响 ——以延安宝塔区皮家沟斜坡为例

论文摘要

本文选择降雨条件下的黄土斜坡为研究对象,在延安市宝塔区皮家沟斜坡开展了工程地质调查、测绘、原位监测、现场取样、室内试验及数值分析等工作,获得了马兰黄土的基本物理性质、土水特性参数以及非饱和黄土的强度参数,得到了研究区的降雨、地温、含水率数据,分析了降雨在黄土斜坡中的入渗规律以及不同因素对斜坡含水率的影响,构建了降雨条件下斜坡水分预测模型。在此基础上,通过饱和-非饱和有限元分析,探讨了降雨对斜坡稳定性的影响。取得了以下结论:（1）采用瞬态脱湿与吸湿试验（TRIM）测定了原状马兰黄土的土水特征曲线（SWCC）和渗透系数函数（HCF）。脱湿曲线和吸湿曲线的路径具有显著的差异,两条曲线之间出现滞回效应;干湿条件下的土水特征曲线与吸应力特征曲线较为相似,变化趋势具有一致性,脱湿下的吸应力和基质吸力大于吸湿下。（2）通过直剪试验测定并计算了该黄土的非饱和抗剪强度。随着基质吸力的增大,研究区原状黄土的粘聚力线性增大,而内摩擦角基本保持不变,φb线性缓慢减小,且小于有效内摩擦角。（3）通过斜坡区降雨入渗的原位监测,研究了黄土斜坡降雨入渗规律和不同因素对斜坡含水率的影响。在监测期间,引起土体水分骤增的降雨阈值为22mm/d。夏季和秋季降雨较多,斜坡浅表层土体水分变化较为剧烈。在降雨集中段,随着深度的增加,水分上升幅度逐渐减小且具有滞后性,降雨最大影响深度不超过4m。降雨条件下,距离地表越近,土体含水率变化越早、速率越快,超过0.6m后,含水率升幅下降速率开始下降并趋于定值;坡度越大,土体含水率响应时间越长,上升幅度越小,但这种现象对表层土体含水率影响较小。降雨最大入渗深度与坡度呈指数形式递减;降雨强度和降雨持续时间都可以使土体体积含水率平均升幅增大。神经网络可以建立降雨条件下斜坡水分预测模型。（4）建立了降雨入渗的饱和-非饱和有限元模型和非饱和稳定性分析模型,分析了不同降雨持时和不同入渗方式下斜坡渗流规律及其对稳定性的影响。无节理、裂隙存在时,短期降雨和长期降雨对斜坡渗流场和稳定性影响很小。当斜坡节理、裂隙等优势通道存在时,持续降雨对斜坡孔隙水压力影响较大,斜坡稳定性下降明显。

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摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 滑坡灾害监测技术

1.2.2 降雨入渗研究

1.2.3 斜坡渗流和稳定性分析

1.3 研究内容及技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

1.4 创新点

第二章研究区环境地质概况

2.1 工程地质条件

2.1.1 地形地貌

2.1.2 地层岩性

2.1.3 地质构造

2.2 水文地质条件

2.2.1 气象条件

2.2.2 水文条件

2.3 滑坡分布特征

第三章研究区黄土的物理力学性质

3.1 基本物理性质

3.2 土水特性

3.2.1 试验过程及数据处理

3.2.2 土水特征曲线和渗透系数函数

3.2.3 吸应力特征曲线

3.3 非饱和黄土抗剪强度

3.3.1 试验准备和操作

3.3.2 数据处理与讨论

3.4 本章小结

第四章黄土斜坡降雨入渗规律

4.1 原位监测方案

4.1.1 监测系统布设

4.1.2 监测仪器安装

4.2 监测数据分析

4.2.1 降雨和地温

4.2.2 降雨条件下土壤水分随时间变化规律

4.2.3 不同因素对斜坡含水率的影响

4.3 基于人工神经网络模型的斜坡水分预测

4.4 本章小结

第五章降雨对黄土斜坡稳定性的影响

5.1 斜坡降雨入渗与稳定性分析模型

5.2 降雨条件下斜坡稳定性分析

5.2.1 斜坡短期降雨稳定性分析

5.2.2 斜坡长期降雨稳定性分析

5.3 节理、裂隙发育型斜坡稳定性分析

5.3.1 具有高渗透性表层的斜坡稳定性分析

5.3.2 裂隙发育型斜坡稳定性分析

5.4 不同坡度下斜坡稳定性分析

5.5 本章小结

第六章结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间取得的科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王晨兴

导师: 谷天峰

关键词: 黄土斜坡,原位监测,降雨入渗,稳定性评价

来源: 西北大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,工业通用技术及设备

单位: 西北大学

分类号: P642.131

总页数: 77

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降雨入渗及其对斜坡稳定性的影响 ——以延安宝塔区皮家沟斜坡为例

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