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原文传递降雨作用下碎石土高路堤边坡渗透特性及稳定性研究

论文题名：	降雨作用下碎石土高路堤边坡渗透特性及稳定性研究
关键词：	路堤边坡;碎石土;降雨入渗;流固耦合;稳定性
摘要：	随着我国整体国民经济规模的进一步扩大和提升，我国市政道路交通事业随之也得到了更为快速稳健的良性发展，在建设道路的过程中，受气候条件以及地形地质条件的影响，出现了众多的高填方路基。碎石土广泛分布于我国西南地区，因此常将碎石土作为路堤的填料。在雨季时，高路堤边坡可能会因为雨水入渗量的累积而出现滑坡失稳的现象。本文依托于重庆江北机场D6片区基础设施工程项目，以分部工程ZH路道路工程中典型的高填方路堤边坡为研究对象，结合饱和—非饱和渗流理论，运用有限元软件MIDAS/GTS对边坡进行在不同降雨条件下的流固耦合数值分析，研究在不同降雨条件下对二维高路堤边坡渗流特性及稳定性的影响。本文主要的研究内容及成果如下所示：　　（1）降雨入渗与边坡稳定性分析原理的研究。以达西定理为基石，通过引入质量守恒定律，推导出了饱和—非饱和渗流微分方程，提出了该渗流微分方程的定解条件；根据降雨条件下边坡入渗基本理论的研究，引入入渗率来描述边坡土体的入渗能力，按照体积含水量对土体坡面分区，并针对边坡降雨入渗问题给出其定解条件。　　（2）碎石土的工程特性研究。对碎石土试样进行颗粒分析试验（筛分法）得到该碎石土样的曲率系数Cc为1.99、不均匀系数Cu为11.44，可得知该土样级配良好适用于高路堤填筑；通过击实试验得到该碎石土填料最大干密度为2.24g/cm3，最佳含水率为7.5%；通过室内大三轴试验得到该碎石土填料抗剪强度指标：黏聚力c=25.33kPa；内摩擦角?=26.34o；通过室内常水头试验得到在压实度相同的条件下，土体内粗料越多，渗透系数就越大；在级配相同的条件下，压实度越高，渗透系数就越小。　　（3）运用有限元软件MIDAS/GTS分析降雨条件下碎石土高路堤边坡渗流特性。分别分析了降雨持续的时间、降雨强度、总降雨量不变以及不同降雨形式对边坡土体孔隙水压力及饱和度的影响。经分析计算可得：降雨强度保持恒定不变，降雨过程持续的时间越长，边坡土体的孔隙水压力以及饱和度在边坡土体内的影响范围就越大；降雨持续的时间保持不变，边坡土体内的孔隙水压力和饱和度的影响深度随着降雨强度的增大而增长；总降雨量不变，降雨的强度越大，边坡土体孔隙水压力及饱和度的影响深度范围就越浅；在不同降雨形式下，计算周期结束后，边坡土体孔隙水压力及饱和度的影响深度范围随着降雨循环次数的增多而增长。　　（4）运用有限元软件MIDAS/GTS分析在降雨条件下边坡土体的稳定性。利用有限元强度折减法取得在各种不同的降雨条件下路堤边坡稳定安全系数的相对变化及其规律：在各种不同的降雨状况影响下，边坡稳定安全系数会存在有不同程度的减少，停止降雨后边坡稳定安全系数会有所上升。
作者：	李居林
专业：	交通运输工程
导师：	徐宏武
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022