堆积层边坡渗流场与应力场的动态耦合条件下加卸载响应比参数的规律与特征研究

论文摘要

本文以长江三峡库区地质灾害的防治和预测预报目的出发,通过在长江三峡库区的实地调查研究和对三峡库区堆积层边坡基本特征和滑坡发展变形的位移动力学特征系统分析与研究的基础上,结合饱和-非饱和渗流基本理论,考虑了降雨入渗条件形成的边坡内部渗流规律,及其与边坡应力场耦合影响的作用,运用有限元数值模拟方法探讨了渗渗场与应力场耦合影响下的堆积层边坡加卸载响应比参数的变化规律和特征。本论文方向的研究工作是结合山东省地质环境与效应工程技术研究中心承担的国家自然科学基金资助项目“水诱发堆积层滑坡的加卸载响应比参数与位移动力学预测研究（40672182）”、“水诱发型堆积层滑坡加卸载响应比特征与位移非线性动力学预测研究（40472141）”和山东省自然科学基金资助项目“滑塌型地质灾害的非线性动力学预测研究（Y2003E01）”进行的。主要研究内容如下:1.本文通过对长江三峡库区典型堆积层滑坡的实地调查和资料数据研究,分析了堆积层边坡与其它类型边坡的主要区别,对此类滑坡的坡体组成、滑移面特征、地下水作用、岩相构成、滑移剪出口等方面作了系统的介绍和分析,得出了堆积层边坡的基本组成要素特征和变形失稳的位移动力学特征。2.以饱和—非饱和基本理论为基础,分析了降雨入渗对堆积层边坡的影响,给出了多孔介质的渗流基本微分方程,阐述了降雨入渗影响岩土质边坡稳定性的影响机理和边坡体内渗流场与应力场的动态耦合作用机理,并由此给出了渗流场与应力场相互影响的有限元计算模型。3.本文介绍了非线性加卸载响应比理论的基本原理及其在滑坡预测中的应用情况;在对降雨型堆积层滑坡受降雨条件影响的研究基础上,得出降雨量与滑坡位移变形量有良好的正相关性,探讨了将降雨量条件作为该类滑坡非线性加卸载动力参数的可行性分析;确定了加卸载响应比理论应用于堆积层滑坡稳定性预测的模型及判别依据。4.本文运用数值模拟的方法和非饱和渗流理论,对不同降雨量条件下的边坡渗流作用情况进行了数值模型模拟,并将渗流场结果引入边坡自重应力场中进行了耦合计算分析,得出了相应的应力和位移场变化规律,以此计算月降雨增量加卸载响应比模型得出加卸载响应比参数变化规律:边坡稳定阶段时,加卸载响应比值会在1值附近波动,而边坡发生位移激增时,加卸载响应比参数也会随之出现远大于1的增长迹象;模型边坡前、中、后缘的加卸载响应比参数变化规律反映出了堆积层边坡受渗流影响表现出不同部位的变化特征;同时加卸载响应比参数值在相对稳定阶段时的波动情况会受月降雨增量加卸载区间的周期性变化影响。5.本文还对三峡库区秭归县树坪滑坡近年的实际监测数据进行了分析和整理,得出该典型堆积层滑坡的位移变化规律和月降雨增量加卸载响应比参数变化规律与数值模拟计算所得的相应变化规律基本吻合,而且较长加卸载周期（年、半年）下的加卸载响应比参数变化规律能够基本反映出加卸载量（月降雨量）的周期变化规律,并且通过动态加卸载周期的划分可以得出反映堆积层滑坡短期位移变化的加卸载响应比参数变化规律,比较准确的反映出月降雨量加卸载作用下的滑坡位移动力特征。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景、意义和目的
• 1.1.1 研究的背景
• 1.1.2 研究意义和目的
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 滑坡位移预测预报理论的研究现状
• 1.2.2 饱和-非饱和渗流研究现状
• 1.2.3 渗流场与应力场的耦合模型研究现状
• 1.3 本文主要研究内容及创新点
• 1.4 研究思路
• 第2章 堆积层边坡基本特征及其滑坡基本动力学特征
• 2.1 堆积层边坡基本物理特征
• 2.1.1 坡体基本组成
• 2.1.2 地下水作用特征
• 2.1.3 地质岩相特点
• 2.1.4 滑移面特征
• 2.1.5 滑坡"碎屑流"特征
• 2.1.6 滑坡剪出口特征
• 2.1.7 滑坡产生张裂缝特征
• 2.2 堆积层边坡应力分布特征
• 2.3 堆积层滑坡的形态要素
• 2.4 三峡峡库区堆积层边坡堆积体特征
• 2.4.1 三峡库区堆积层边坡堆积体特征
• 2.4.2 三峡库区堆积层滑坡时空分布特征
• 2.5 堆积层滑坡的基本动力学特征及其分类
• 2.5.1 堆积层滑坡基本动力学特征
• 2.5.2 堆积层滑坡按动力学特征分类
• 2.6 本章小结
• 第3章 边坡降雨入渗分析理论及两场耦合有限元方程研究
• 3.1 饱和-非饱和渗流基本理论
• 3.1.1 土水势理论
• 3.1.2 饱和-非饱和渗流Darcy定律
• 3.1.3 土-水特征曲线
• 3.1.4 渗透性系数
• 3.2 降雨入渗对堆积层边坡的影响
• 3.3 饱和-非饱和渗流基本微分方程
• 3.3.1 基本微分方程
• 3.3.2 渗流定解条件
• 3.4 渗流场和应力场的相互影响分析
• 3.4.1 渗流场对应力场的影响
• 3.4.2 应力场对渗流场的影响
• 3.5 渗流场和应力场耦合的有限元方程
• 3.5.1 应力场有限元方程
• 3.5.2 渗流场和应力场耦合方程
• 3.6 本章小结
• 第4章 非线性加卸载响应比基本理论及其在堆积层滑坡中的应用
• 4.1 加卸载响应比理论预测意义及其基本原理
• 4.1.1 加卸载响应比理论预测意义及应用现状
• 4.1.2 加卸载响应比理论基本原理
• 4.2 加卸载响应比理论在降雨型堆积层滑坡中的应用
• 4.2.1 降雨型滑坡受降雨影响分析
• 4.2.2 堆积层滑坡加卸载及加卸载响应参数的选择与评价
• 4.2.3 堆积层滑坡位移加卸载响应确定方法及其适用性
• 4.3 堆积层滑坡加卸载响应比预测模型的建立及其判据
• 4.3.1 堆积层滑坡加卸载响应比预测模型的建立
• 4.3.2 堆积层边坡加卸载响应比滑坡失稳判别依据
• 4.4 本章小结
• 第5章 树坪滑坡加卸载响应比参数两场耦合作用下的变化规律研究
• 5.1 三峡库区树坪滑坡实例
• 5.1.1 树坪滑坡概况
• 5.1.2 树坪滑坡监测预警及近期变形情况
• 5.1.3 三峡秭归县气象条件
• 5.2 树坪滑坡两场耦合作用下加卸载响应比数值模拟分析
• 5.2.1 有限元岩土分析软件GeoStudio简介
• 5.2.2 三峡库区季节降雨情况模拟
• 5.2.3 树坪滑坡降雨渗流计算模拟
• 5.2.4 树坪滑坡渗流场-应力场耦合分析模拟
• 5.2.5 加卸载响应比模型及加卸载响应比参数变化规律分析
• 5.3 树坪滑坡两场耦合作用下加卸载响应比参数变化规律分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论
• 6.1 主要工作成果和结论
• 6.2 有待于进一步研究的问题和展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作
• 致谢