强降雨条件下基于Green-Ampt入渗模型的无限边坡稳定性研究

【摘要】我国是一个地质灾害频繁发生的国家,尤其滑坡灾害。强降雨是诱发浅层滑坡发生的一个至关重要的因素。人们对于降雨导致边坡失稳的研究,主要针对基质吸力的降低和土体重度的增加带来的影响,而对于边坡表面结构以及下卧基岩层的影响研究较少。本文针对无限浅层边坡考虑了边坡下部基岩层和边坡表面梯田化处理的影响,采用Green-Ampt入渗模型对无限浅层边坡的强降雨入渗过程和边坡稳定进行了研究。主要工作和研究成果如下：(1)对传统的Green-Ampt入渗模型进行延伸；将湿润锋处和基岩处的稳定分析统一起来,建立了整个降雨入渗期间浅层残积土边坡安全系数计算模型；对不同粘聚力、地下水位深度和土体初始重度给予讨论。(2)以湿润锋处气-水分界面为研究对象,研究强降雨条件下湿润锋处封闭气压的形成过程,表明封闭气体压力与表面积水深度、湿润锋深度和孔隙尺寸分布等有关。(3)对经典的Green-Ampt入渗模型进行修正；将封闭气压力引入至边坡稳定分析中,建立了考虑封闭气压的滑坡延时效应分析模型以及稳定分析模型。(4)基于Green-Ampt入渗模型和Geo-studio分析软件,研究了无限梯田边坡的入渗过程和潜在的滑裂面变化过程,分别考虑梯田单元表面水平和梯田单元表面倾斜,对强降雨条件下梯田边坡的雨水入渗进行模拟,结果表明一个阶梯状的湿润锋在湿润区下部形成。(5)采用极限平衡法,分别建立了梯田单元表面水平和梯田单元表面倾斜的无限梯田边坡的稳定分析模型,结合计算流程图可求得任意无限梯田边坡潜在的滑裂面位置；数值模拟表明,该模型具有较好的适用性。(6)采用极限平衡法建立了考虑地下水和强降雨入渗的梯田边坡在基岩面处的安全系数分析模型；针对不同弱降雨强度,建立了考虑地下水上涨引起的梯田边坡在基岩面处失稳的分析模型,进而可确定降雨引起的地下水位的关键深度。(7)通过对梯田边坡滑裂面深度的分析讨论,表明土体的粘聚力和初始基质吸力等力学参数对滑裂面的位置影响较大。大多数的梯田边坡的滑裂面位置最可能发生在完全湿润线位置。(8)由于倾斜基岩层改变了坡体土层的雨水运移过程,采用假定的双折线形滑面和不平衡推力法来分析边坡的稳定性,建立了一个适合基岩不同倾角的边坡稳定分析模型,采用Geo-studio分析软件对含倾斜基岩层的边坡进行雨水入渗模拟和边坡滑裂面模拟。
【作者】马世国；
【导师】徐日庆；韩同春；
【作者基本信息】浙江大学，岩土工程，2014，博士
【关键词】Green-Ampt入渗模型；强降雨；梯田边坡；封闭气压力；边坡稳定；湿润锋；倾斜基岩；

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