降雨入滲條件下雙層邊坡的漸進破壞研究

《降雨入滲條件下雙層邊坡的漸進破壞研究》是依託浙江大學，由韓同春擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：降雨入滲條件下雙層邊坡的漸進破壞研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：韓同春
• 項目類別：面上項目

項目摘要

自然條件下由於地質作用以及風化作用的影響，岩土表現出層狀結構，在降雨入滲條件下沿接觸面產生滑動破壞，此類邊坡視為雙層結構類型。雙層邊坡條件下借用Moore模型研究雨水入滲過程，通過將雨水入滲過程劃分為不同階段，獲得不同時間不同深度處的飽和度、潤濕鋒深度等信息，簡化雨水入滲過程的分析。滑坡發生過程中剪下面的破壞是一個漸進的過程，剪下帶內發生應變局部化，導致套用經典連續介質力學理論進行有限元分析時，數值結果病態地依賴於單元的尺寸，應變局部化帶的範圍依賴於有限元格線密度，引入非局部變形理論來反映坡體剪下帶內部微結構的演化過程及相互作用。通過將滑坡視為二元結構來簡化雨水入滲過程，以及將非局部變形理論套用到剪下帶的漸進破壞分析來揭示雙層結構邊坡雨水入滲的發生、發展及剪下帶的漸進破壞過程，為滑坡的預防和治理提供依據。

結題摘要

全球氣候的持續惡化，人類活動對自然環境的影響持續加劇，導致各類地質災害層出不窮，其中滑坡是一種常見的地質災害。根據對各種因素引發滑坡的頻度統計，降雨是誘發滑坡的主導因素，研究降雨誘發滑坡的機制具有重要意義。 自然條件下由於地質作用以及風化作用等的影響，岩土常常表現出層狀結構。針對此類邊坡，套用不同的雨水入滲模型，研究不同降雨強度、表層土滲透係數、下層土滲透係數等情況下雨水的入滲過程。進而將雨水入滲過程分為不同時間，推導不同時間段層狀邊坡體中潤濕鋒的深度以及剖面中飽和度的變化，包括降雨停止後，雨水在土體的重分布過程，並由此分析邊坡在降雨條件下的破壞過程。 建立雨水重分布的GA擴展模型，計算坡體內雨水重分布後的含水率。基於非飽和土抗剪強度理論的極限平衡法，建立無限長邊坡安全係數與雨水累積入滲量以及雨水重分布持時的關係，從而闡釋滑坡滯後性的機理；通過簡化考慮氣阻的入滲模型，研究氣壓對濕潤峰下移的阻礙作用以及對入滲率的影響，對下部為基岩的大面積淺層邊坡雨水入滲過程以及邊坡穩定進行分析。研究結果表明，封閉氣壓顯著降低了水體的入滲率，對安全係數的降低具有明顯的延時性，從機理上揭示了部分地區雨後滑坡頻繁發生的重要原因；傾角對雨水入滲和穩定性影響的探討。目前大部分入滲模型是以水平面為基礎建立的，深入探討了累積入滲量和安全係數隨邊坡傾角增加的敏感度，將有助於進一步了解邊坡入滲特性和準確判斷邊坡滑坡失穩；基於等效介質連續模型，將坡體表面的裂隙土看作由裂隙網路和土基組成的雙孔隙體系，總結出一種確定裂隙土雙峰特性的等效非飽和水力參數的方法。利用此預測的雙峰特性的土水特徵曲線來定量分析降雨條件下裂隙網路對坡體滲流場的影響，結果表明裂隙網路的存在為入滲雨水提供了優先通道，從而對邊坡的穩定產生影響；建立了考慮飽和滲透係數變異性的降雨入滲物理模型，並藉此模型確定了坡體濕潤鋒深度和含水率分布，探討了飽和滲透係數的變異係數、降雨持時和降雨強度對邊坡破壞機率以及破壞發生時間機率分布的影響。結果表明在降雨初期，邊坡的破壞機率隨飽和滲透係數變異性的增強而逐漸增加，但隨著降雨的持續，破壞機率開始隨變異性的增強而顯著降低，且滑坡最可能發生時間的大小並不受飽和滲透係數的變異性的影響，而是直接取決於降雨強度。