降雨入渗条件下土坡水土作用机理及其稳定性分析与预测预报研究

论文摘要

大气降雨引起边坡变形失稳是自然界常见的地质灾害。它产生的机理主要在两个方面：一是降雨动能外部作用，二是降雨入渗后坡体内部产生的有关作用。以往的研究只注重前者，对于后者研究较少，而这种作用往往是非常重要的。基于此目的，本文将对降雨入渗条件下土坡水土作用机理及其土坡稳定性分析与预测预报进行试验与理论研究。全文主要技术路线是根据降雨入渗对土坡作用事态的发展过程而进行渐进式论述。文中归纳总结了土坡降雨产流九种基本模式，通过水均衡原理把这些模式统一转化为三种形式，并将土坡降雨入渗模式统一概化为强烈交换带、相对稳定入渗带、水位影响带与地下水四个区域。通过降雨模拟试验研究土质、土体结构、土初始含水量、水（土）温、坡度、植被等对降雨入渗能力的影响，得到了一些新的试验成果。首次详细推导了降雨入渗引起土坡中三维饱和-非饱和渗流场控制方程，阐述了边界条件类型与选择，建立了以含水率或压力水头为因变量的两种基本数学模型，并探讨了模型计算中有关参数获取方法。文中将降雨入渗引起的土坡中水土作用分为水土化学作用、水土物理作用、渗流作用以及水土物理化学-渗流耦合作用。根据化学动力学原理和相关试验，综合分析了水土化学作用基本类型与原理及其主控因素，水土化学作用产生水土间组分的转移对土的强度与变形特性起到强化或弱化效果。采用了直剪、三轴、固结试验分析了含水量（饱和度）与岩土体物理力学性质两者之间的变化规律，并进行了曲线拟合，从而验证了水土物理作用结果。文中论述了坡内渗透破坏作用形式与条件，并重点研究了不同渗流条件下土体抗剪强度的变化机理。推导了土坡在出渗口不产生渗透破坏作用的抗渗临界坡降计算格式。文中首次提出边坡水土物理化学-渗流耦合作用的概念，明确其

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 提出问题
• 1.2 研究综述
• 1.2.1 降雨入渗理论研究概况
• 1.2.2 降雨入渗对土坡作用机理研究概况
• 1.2.3 降雨入渗条件下土坡稳定性分析研究概况
• 1.2.4 降雨条件下土坡失稳预测预报研究概况
• 1.3 本文主要研究内容与技术路线
• 1.3.1 本文主要研究内容
• 1.3.2 本文主要研究技术路线
• 第二章 土坡降雨入渗基本理论分析
• 2.1 概述
• 2.2 土坡降雨产流基本模式与统一转化
• 2.2.1 土坡降雨产流基本模式
• 2.2.2 土坡降雨产流机制的统一转化
• 2.2.3 土坡降雨入渗概化模式
• 2.2.4 降雨入渗因子试验分析
• 2.3 降雨入渗引起土坡中三维饱和-非饱和渗流场分析
• 2.3.1 渗流控制方程
• 2.3.2 定解条件
• 2.3.3 建立数学模型
• 2.4 降雨入渗引起土坡中渗流场计算中有关参数提取方法
• 2.4.1 土水特征曲线获取方法
• 2.4.2 土的渗透系数获取方法
• 2.5 本章小结
• 第三章 降雨入渗对土坡作用机理分析
• 3.1 概述
• 3.2 水土化学作用
• 3.2.1 水土化学作用类型
• 3.2.2 水土化学作用机理
• 3.2.3 水土化学作用主控因素
• 3.2.4 水土化学作用的实例分析
• 3.3 水土物理作用
• 3.3.1 水土物理作用机理
• 3.3.2 含水量（饱和度）与土体物理力学性质的关系
• 3.4 入渗力学作用
• 3.4.1 入渗动静水压力作用
• 3.4.2 不同渗流条件下土体抗剪强度变化分析
• 3.4.3 坡内渗透作用形式与破坏条件分析
• 3.4.4 坡面渗透破坏作用条件分析
• 3.5 水土物理化学-渗流耦合作用
• 3.6 本章小结
• 第四章 降雨入渗条件下土坡稳定性分析
• 4.1 概述
• 4.2 降雨入渗条件下土坡蠕变位移分析
• 4.2.1 蠕变位移理论分析
• 4.2.2 蠕变位移实例验证
• 4.3 降雨入渗条件下土坡稳定性分析极限平衡法
• 4.3.1 基本原则
• 4.3.2 不考虑渗流与吸力作用稳定性分析统一计算格式
• 4.3.3 考虑基质吸力作用稳定分析统一计算格式
• 4.3.4 考虑渗流作用稳定分析统一计算格式
• 4.4 降雨入渗条件下土坡稳定性分析有限单元法
• 4.4.1 计算渗透力
• 4.4.2 计算滑动力矩
• 4.4.3 计算抗滑力矩与稳定性系数
• 4.4.4 算例
• 4.5 应用研究
• 4.5.1 土坡基本情况
• 4.5.2 降雨入渗情况下土坡稳定性分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 降雨对土坡失稳预测预报研究
• 5.1 概述
• 5.2 土坡失稳预测预报方法
• 5.2.1 主要方法模型分类
• 5.2.2 方法模型发展趋势探讨
• 5.2.3 方法模型选择原则
• 5.3 滑坡与降雨关系探讨
• 5.4 降雨对土坡失稳预测预报方法-抗洪警戒降雨量法
• 5.4.1 降雨量级标准
• 5.4.2 方法原理
• 5.4.3 关键技术的探讨
• 5.4.4 方法应用实例
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间公开发表的学术论文