降雨及蒸发条件下排土场边坡湿热响应特征与稳定性分析

论文摘要

滑坡是一种较常见的自然灾害,而滑坡往往与边坡内的水分变化息息相关,降雨及蒸发是边坡内水分变化的触发条件。当前学术界对于降雨条件下边坡的稳定性研究已较为深入,却极少有文献考虑蒸发对边坡稳定性的影响。为研究降雨及蒸发条件下边坡的湿热响应规律与稳定性变化,本论文以一个排土场边坡为研究对象,设置了多种综合考虑气温、湿度、风速、降雨等因素的气候工况以及与气候工况对应的降雨单因素工况,借助Geostudio的VADOSE/W模块分析了边坡在不同气候条件下的湿热耦合响应特征,利用SEEP/W模块分析了降雨单因素条件下的渗流变化特征。对气候条件与单纯考虑降雨时边坡渗流场及安全系数的差异性进行了比较分析。从中选取一种工况,利用可靠度的方法评价了边坡的稳定性能。利用SLOPE/W模块模拟对排土场边坡的加固以及对加固方案进行了优化。得出主要结论如下:(1)在各气候工况下,边坡含水量的变化表现为浅表层响应强烈且及时,深处响应不明显且滞后,土体含水量随降雨而增大,随蒸发干旱而减小,其变化率取决于降雨量和气温大小。土体的温度变化与其所处的深度、外界气温大小、土体含水量有关,其中外界气温占主导地位。蒸发量与湿度、气温有关,湿度越小则蒸发量越大,温度越高则蒸发量也越大,蒸发量还与土体含水量有关。(2)比较气候以及降雨单因素条件下的边坡渗流场可知,土层含水量变化均与其所处深度和降雨量有关。降雨量越大,含水量变化范围也越大。边坡越深处土层含水量变化范围越小,滞后效应也越明显,原因与渗透路径有关。强降雨条件下边坡含水量大小关系为气候工况>降雨单因素,可能是蒸发造成孔隙气压力提升,对入渗雨水具有阻滞效应。阴雨条件下边坡含水量的大小关系为降雨单因素>气候工况,可能是阻滞效应不明显且蒸发造成雨水入渗量减小。(3)强降雨时,边坡的安全系数大小为气候工况<降雨单因素工况,原因与阻滞效应有关;阴雨时,边坡的安全系数大小为气候工况>降雨单因素工况,原因与蒸发造成雨水入渗量减小有关。雨后,干旱蒸发加快了土体水分消散,气候工况下边坡安全系数增速与增幅大于降雨单因素工况。安全系数不能很好的反应边坡实际的安全性能水平,有必要用可靠度分析的方法进一步讨论边坡的稳定性。(4)采用锚杆和抗滑桩均能有效提高边坡的安全系数。通过对本文排土场边坡各加固方案的优化得知,最优锚固角为15°,最优锚杆间距为竖向距离3m,水平距离1.5m,锚杆宜靠近边坡中下部潜在滑动面剪出位置布置。抗滑桩位置参数为0.3时,稳固效果最好且成本最少。

论文目录

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 饱和-非饱和渗流研究现状

1.2.2 土壤湿热耦合研究现状

1.2.3 边坡稳定性研究现状

1.3 研究内容与技术路线

第2章降雨及蒸发条件下饱和-非饱和渗流与强度理论

2.1 概述

2.2 非饱和土强度理论

2.2.1 基质吸力

2.2.2 非饱和土抗剪强度

2.3 土水特征曲线与渗透系数曲线

2.4 饱和-非饱和渗流理论

2.4.1 达西（Darcy）渗透定律

2.4.2 饱和—非饱和渗流控制方程与定解条件

2.5 降雨入渗理论

2.6 土体蒸发理论

2.6.1 土体蒸发

2.6.2 土体蒸发湿热耦合方程

2.6.3 湿热耦合边界条件

2.7 小结

第3章降雨及蒸发条件下排土场湿热耦合响应特征

3.1 GEOSTUDIO简介

3.2 边坡模型与相关参数

3.2.1 边坡模型几何形态

3.2.2 相关计算参数

3.2.3 边坡初始条件与边界约束设置

3.3 不同气候条件下边坡的湿热响应模拟与分析

3.3.1 不同气候工况设定

3.3.2 渗流响应

3.3.3 温度响应

3.3.4 蒸发响应

3.4 降雨单因素条件下的渗流特征分析

3.4.1 降雨工况设计

3.4.2 渗流响应分析

3.5 气候及降雨单因素工况的对比分析

3.6 小结

第4章降雨及蒸发条件下的边坡稳定性分析

4.1 极限平衡法

4.2 不同气候及降雨条件下的边坡稳定性分析

4.3 基于Rosenbluenth方法的边坡可靠度分析

4.3.1 可靠度简介

4.3.2 Rosenbluenth点估计法

4.3.3 降雨及蒸发条件下的边坡可靠度分析

4.3.4 随机变量变异系数及相关性对可靠度的影响

4.4 小结

第5章排土场边坡加固与稳定性数值模拟分析

5.1 锚杆加固排土场边坡

5.1.1 锚杆简介

5.1.2 锚杆加固方案设计

5.1.3 加锚杆后的边坡稳定性分析

5.2 抗滑桩加固排土场边坡

5.2.1 抗滑桩简介

5.2.2 加抗滑桩后的边坡稳定性分析

5.3 本章小结

第6章结论与展望

6.1 主要工作及结论

6.2 问题及展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 马陆江

导师: 盛建龙

关键词: 降雨及蒸发,湿热耦合,边坡稳定性,可靠度,边坡加固

来源: 武汉科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,地质学,工业通用技术及设备

单位: 武汉科技大学

分类号: P642.22

DOI: 10.27380/d.cnki.gwkju.2019.000045

总页数: 95

文件大小: 6337k

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降雨及蒸发条件下排土场边坡湿热响应特征与稳定性分析

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