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原文传递降雨条件下非饱和土边坡的稳定性分析

论文题名：	降雨条件下非饱和土边坡的稳定性分析
关键词：	非饱和土;土水特征曲线;降雨入渗;渗析技术;抗剪强度;边坡稳定性
摘要：	我国华南地区广泛分布着非饱和的残积土，在这些地区修路开挖山体形成的高陡路堑边坡常常地下水位很深，地下水位以上是很厚的非饱和土层，如果受到了持续的降雨入渗影响，非饱和土的饱和度升高，吸力强度减弱，甚至在局部有可能形成暂态饱和区和暂时的附加孑L隙水压力，这些都会降低土体的稳定性。如果按常规的条分法只考虑地下水位以下的孔隙水压力的话，就无法体现出降雨发生以后土坡非饱和土层强度降低甚至发生浅层滑坡的可能。因此降雨发生以后，有必要把这些土坡的饱和与非饱和层的水分渗流过程统一起来分析，把计算出来的渗流场以正、负孔隙水压力的形式表示，再代入考虑了基质吸力的改进条分法公式中对边坡稳定性统一分析。在广东梅州河源地区花岗岩、变质岩的风化残积层分布很广泛，连接两地的梅河高速公路沿线开挖山体、削坡形成了很多高陡的路堑边坡，其上覆盖的残积土层也有十几、二十几米厚，因此有必要对这些边坡在降雨发生后的水分分布状况用饱和-非饱和渗流理论进行分析，然后再进行稳定性计算。本文先介绍了饱和一非饱和渗流理论，并说明求解控制微分方程所需要的土水特征曲线、非饱和渗透系数等参数的获取以及降雨入渗边界流量的确定方法，然后给出控制方程的定解条件以及用Galerkin加权余量法推导出来的有限元矩阵方程。然后在梅河高速某处60米高的路堑边坡附近采集土样并进行了室内试验。用安全简便的渗析技术测定了残积土、全风化花岗岩等土样的土水特征曲线，此次渗析实验明确了：(1)用PEG溶液浸泡土样施加吸力时，应用搅拌器搅拌渗析，静置(不搅拌)渗析效果不够理想；(2)搅拌渗析时间不宜过长，如搅拌渗析时间超过3天，土样含水量将明显偏大；小于5克的粘性土土样搅拌渗析1天时间足够让土样与PEG溶液之间的水分交换达到平衡；(3)半透膜与土样之间应保持良好的接触，应尽量消除土样与半透膜之间的小空隙以防止渗析溶液水分进入膜内空隙湿润土样。另外还进行了残积土的一维土柱的模拟降雨入渗试验：对比了几种不同含水量、不同雨强下的入渗试验；分析了土柱在降雨时的入渗率随时间的变化规律；确定了边坡表层土体在降雨入渗时湿润锋前的基质吸力、土柱在湿润锋通过后的稳定含水量等相关参数。从而利用Green-Ampt降雨入渗模型计算边坡表层土的入渗率作为降雨入渗的流量边界。接着介绍了基于Fredlund非饱和土抗剪强度理论推导出来的改进Bishop法、Janbu法。最后对该60米高路堑边坡应用二维饱和一非饱和渗流有限元程序SEEP/W分析了边坡的渗流场在开挖后加固前以及加固后在干季和雨季两种初始状态下受降雨强度、降雨历时和不同土水特征曲线的影响，并用SLOPE/W程序计算了边坡相应的稳定性。结果认为：(1)该边坡如果在雨季开挖可能发生滑坡，在干旱季节开挖也只能基本保持稳定；(2)在第一至第三级边坡共加8层锚索支护以后，土坡稳定性大幅提高，即使遭遇50年一遇的大雨也能保持较高稳定性；(3)如果边坡土体的土性参数如孔隙尺寸增大的话，需要注意边坡在强降雨后或雨季发生浅层滑坡。通过本文的分析，初步探讨了降雨影响下非饱和土坡的稳定性分析方法，能从多一个角度对边坡的安全性进行预报，也能为非饱和边坡的设计提供一定的参考，具有一定工程意义。
作者：	李振嵩
专业：	岩土工程
导师：	汤连生
授予学位：	硕士
授予学位单位：	中山大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文