云南红土型滑坡室内试验研究

论文摘要

本文在综合分析国内外关于边坡稳定、滑坡试验、降雨型滑坡等研究现状的基础上,明确了滑坡研究中存在的问题,并结合云南大量存在的红土型边坡和降雨集中的特点,提出了“云南红土型滑坡室内试验研究”这一课题。针对云南典型红土,开展了室内滑坡试验研究。研究内容主要包括滑坡试验装置的研制、降雨量的率定、滑坡试验的开展、物理特性与抗剪强度特性的研究以及滑坡机理分析等方面,这对于深入研究红土型滑坡的滑动机制以及开展红土型滑坡的防治具有重要的理论意义和现实意义。室内滑坡试验装置主要由降雨系统、模型槽和集水槽三部分构成。降雨系统的降雨特性通过降雨量的率定试验来确定,其率定方法包括降雨量实测法和能量修正法。率定结果表明,水龙头开度一定时的室内降雨量、实际降雨量均与水龙头关闭时刻呈线性关系,但室内实测降雨量大于进行能量法修正的实际降雨量,二者之间存在一个能量折减系数。在研制完成室内滑坡试验装置的基础上,针对云南典型红土,考虑坡角、坡高、含水率、干密度等不同影响因素,通过水平分层击实、竖直分层击实和堆积法制作边坡,控制降雨等级为暴雨,开展了一系列的滑坡试验研究。结果表明：产生滑坡的成功率很低；发生滑坡的条件为堆积法成型、干密度偏小、含水偏高、坡顶面长度偏长、坡高偏高、坡角偏大等情况；红土型滑坡的滑动面近似圆弧；边坡滑动时,可观测到裂缝、滑动面、滑带、滑动位置、滑壁高度、滑动历时、滑动方式、滑前征兆等滑动特征；不管边坡是否滑动,降雨过程中,都呈现出“溅蚀”、“结皮”、细颗粒运移和坡脚破坏等典型现象。滑坡红土的物理特性包括含水、密度及颗粒组成三个方面。不管边坡是否发生滑动,其含水特性表现为红土的含水率随坡高的降低逐渐增大,密度特性表现为密度随坡高的降低逐渐减小,颗粒组成特性表现为粉粒含量随坡高的降低均有不同程度的增加,粘粒含量均有不同程度的减少；边坡发生滑动时,坡高位置相同,滑带土的含水率最高,滑床土的含水率次之,滑体土的含水率最小。滑坡红土物理特性的变化就是降雨在坡体表面发生击打、入渗、产流等共同作用的结果。红土的抗剪强度特性表现为：干密度相同,其抗剪强度和内摩擦角随含水率的增加逐渐降低,粘聚力随含水率的增加出现最大值；含水率相同,其抗剪强度和粘聚力随干密度的减小逐渐降低,内摩擦角随干密度的减小有增大的趋势。红土抗剪强度的变化主要取决于红土颗粒的大小、颗粒之间的联结以及颗粒之间的排列所构成的复杂的土体结构和土中基质吸力的变化。降雨过程中,边坡呈现出的“溅蚀”、“结皮”、细颗粒运移和坡脚破坏等典型现象可以从雨滴对坡面土颗粒的击打、雨水渗入坡体、坡面产流以及坡体中产生的孔隙水压力等作用来解释。降雨作用下红土型滑坡的发生机理实际上就是雨水对边坡土体的增重、软化和润滑三个方面综合作用的结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及研究意义
• 1.2 边坡稳定性研究现状
• 1.2.1 边坡稳定影响因素
• 1.2.2 边坡稳定分析方法
• 1.3 滑坡试验研究现状
• 1.3.1 滑坡试验发展历程
• 1.3.2 滑坡试验种类
• 1.3.2.1 滑坡框架式试验
• 1.3.2.2 滑坡底面摩擦试验
• 1.3.2.3 滑坡离心试验
• 1.3.2.4 滑坡现场试验
• 1.3.2.5 滑坡综合试验
• 1.3.3 滑坡试验技术
• 1.3.3.1 滑坡试验相似理论
• 1.3.3.2 滑坡试验相似材料
• 1.3.3.3 滑坡试验测试技术
• 1.4 降雨型滑坡研究现状
• 1.4.1 滑坡与降雨的关系
• 1.4.2 降雨诱发滑坡的机理
• 1.4.2.1 理论研究
• 1.4.2.2 数值模拟
• 1.4.2.3 试验研究
• 1.5 目前滑坡研究存在的问题
• 1.6 研究课题的提出及研究的主要内容
• 1.6.1 研究课题的提出
• 1.6.2 研究的主要内容
• 1.7 本文的组织安排
• 1.8 本章小结
• 第二章 室内滑坡试验装置及降雨量的率定研究
• 2.1 引言
• 2.2 室内滑坡试验装置研究
• 2.2.1 降雨系统
• 2.2.1.1 降雨系统组成
• 2.2.1.2 降雨系统具体实现
• 2.2.2 模型槽
• 2.2.3 集水槽
• 2.2.4 雨滴发生器的局部改进
• 2.3 室内降雨量的率定
• 2.3.1 水龙头开度的确定
• 2.3.2 室内降雨量率定试验
• 2.4 室内降雨量的修正
• 2.4.1 降雨量的修正方法
• 2.4.2 降雨量修正的能量法
• 2.4.3 室内降雨量的修正
• 2.4.4 不同尺寸边坡降雨量的修正
• 2.4.4.1 不同尺寸边坡的等体积化修正
• 2.4.4.2 不同尺寸边坡降雨量的能量法修正
• 2.5 本章小结
• 第三章 红土型滑坡室内试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 红土型滑坡试验方案
• 3.2.1 试验土料的选取
• 3.2.2 试验土料的基本特性
• 3.2.3 滑坡试验内容
• 3.2.4 滑坡试验观测设备
• 3.3 影响边坡因素设计
• 3.3.1 边坡基本尺寸设计
• 3.3.1.1 坡角设计
• 3.3.1.2 坡高设计
• 3.3.1.3 坡宽设计
• 3.3.1.4 坡顶面长度设计
• 3.3.1.5 坡面形状设计
• 3.3.2 边坡土体基本特性设计
• 3.3.2.1 边坡含水率设计
• 3.3.2.2 边坡干密度设计
• 3.3.3 降雨等级设计
• 3.4 边坡土料的制备
• 3.4.1 风干红土料的处理
• 3.4.2 边坡土料的制备过程
• 3.5 边坡的成型方法及标准
• 3.5.1 边坡的成型方法
• 3.5.2 边坡的成型过程
• 3.5.3 边坡的成型标准
• 3.6 滑坡室内试验的开展过程
• 3.6.1 边坡成型阶段
• 3.6.2 降雨实施阶段
• 3.6.3 裂缝的产生发展阶段
• 3.6.4 滑动面形成阶段
• 3.6.5 整体下滑阶段
• 3.6.6 取样测试阶段
• 3.7 滑坡试验结果与分析
• 3.7.1 结果汇总
• 3.7.2 红土型边坡滑动结论
• 3.7.3 滑坡试验中的典型现象
• 3.8 边坡土体的物理特性试验研究
• 3.8.1 含水特性
• 3.8.1.1 滑坡土体的含水特性
• 3.8.1.2 边坡土体的含水特性
• 3.8.2 边坡土体的密度特性
• 3.8.3 边坡土体的颗粒组成
• 3.9 红土的抗剪强度特性试验研究
• 3.9.1 直剪试验方案
• 3.9.2 直剪试样制备
• 3.9.3 红土的抗剪强度
• 3.9.4 红土的抗剪强度指标
• 3.10 本章小结
• 第四章 降雨作用下红土型滑坡成果分析及机理研究
• 4.1 引言
• 4.2 红土型边坡滑动特征分析
• 4.3 红土型边坡土体物理特性变化分析
• 4.3.1 含水变化特性分析
• 4.3.2 密度变化特性分析
• 4.3.3 颗粒组成变化特性分析
• 4.4 红土的抗剪强度特性及强度指标变化分析
• 4.4.1 抗剪强度特性变化分析
• 4.4.1.1 含水率对抗剪强度特性的影响
• 4.4.1.2 干密度对抗剪强度特性的影响
• 4.4.2 抗剪强度指标变化分析
• 4.4.2.1 含水率对抗剪强度指标的影响
• 4.4.2.2 干密度对抗剪强度指标的影响
• 4.5 降雨作用下边坡典型现象分析
• 4.5.1 坡面"溅蚀"现象分析
• 4.5.2 坡面"结皮"现象分析
• 4.5.3 细颗粒运移现象分析
• 4.5.4 坡脚破坏现象分析
• 4.6 降雨作用下红土型滑坡机理分析
• 4.6.1 雨水对坡体的作用
• 4.6.2 降雨作用下红土型滑坡机理
• 4.7 本章小结
• 第五章 结论
• 5.1 主要结论
• 5.2 存在的问题
• 致谢
• 参考文献
• 附录 硕士期间发表的论文及参与的项目