边坡水文过程与变形机制研究
本文在通过外业调查和工程勘查的基础上,结合大龙山边坡地质结构特征,开展了室内、现场物理力学性质试验和现场监测工作,分析了边坡变形特征及其原因,进行了二维饱和一非饱和水文过程模拟和三维饱和一非饱和变形破坏过程模拟,研究了降雨条件下边坡的水文过程和边坡变形破坏机制,得到了以下主要结论:
(1)分析了深圳市地质环境背景和斜坡类灾害发育特征及分布规律.深圳市主要发育崩塌、滑坡等斜坡类灾害.崩塌多发生在坡度为50-80°的花岗岩边坡,规模以微型为主;滑坡以土质滑坡为主,多发生于40~70°的砂岩边坡,规模以小型为主.
(2)分析了大龙山边坡的工程地质特征和边坡多次变形的特征、原因.导致东南侧边坡变形的主要原因有:北北西向断裂导致该处岩体破碎,渗透性高,岩体易风化,岩土体力学强度参数降低;变形体上方排水沟破坏,下方具有较陡的临空面利于发生变形;降雨的激发作用.
(3)开展了室内大尺寸直剪试验,获得了自然状态和饱和状态下坡残积土力学参数;试样直剪试验表现出基本理想弹塑性力学特征.该参数与通过力学参数反演分析得到的饱和状态下坡残积土和强风化岩力学参数进行了对比分析.
(4)对大龙山边坡进行了现场监测,采用雨量计、渗压计、测斜仪、张力计、水分计等,对降雨量、地下水位、水平位移、坡体的饱和一非饱和水文响应过程等项目监测.监测数据分析发现:降雨使土体内部基质吸力下降,不同深度监测值对降雨的响应程度不同,随深度不同表现出明显的滞后特征;地下水位于微风化岩体内;靠近坡体外侧出现潜在滑动面,坡体上方存在差异变形带,潜在滑动面和差异变形带主要位于强风化岩与坡残积土交界面附近.
(5)边坡体内的渗流场是饱和与非饱和渗流共同作用的结果.降雨初始,坡面入渗能力大,渗流矢量线垂直坡面,随深度加大逐渐转变为近平行于坡面;由于坡残积土厚度不均,并与强风化岩渗透系数差别较大,靠近临空面处强风化岩入渗速率大于坡顶坡残积土入渗率;坡体内部渗流方向主要沿强风化岩和中风化岩层面向坡下方流动.受周期性变化的降雨入渗补给的影响,地下水位呈周期性变化,相对应降雨过程具滞后效应.地下水位主要在微风化岩内波动,不会对上部土体稳定性造成直接影响.
(6)结合现场调查和钻探资料,建立了三维数值模型.选取2009年5月份中旬降雨时段体积含水量和负孔隙水压力监测结果,根据非饱和土强度理论,采用总粘聚力法计算出不同时刻土体抗剪强度值,利用FLAC3D进行强度折减法和自重应力场计算,分别得出不同降雨时刻的安全系数和相应的位移值.计算结果表明:随降雨时间和强度的增加,边坡安全系数逐渐降低;降低的快慢与降雨强度和持时有关系;边坡内剪应变增量带和塑性区贯通的范围以及变形最大部位,与现场调查揭示的变形位置一致.边坡发生变形破坏主要原因是降雨使孔隙水压力上升,土体内部基质吸力下降,土体抗剪强度降低所致,与地下水的波动无直接关系.从定性和数值模拟的角度分析了降雨情况下边坡变形机理.
- 作者：
- 王明龙
- 学位授予单位：
- 中国科学院研究生院
- 专业名称：
- 地质工程
- 授予学位：
- 博士
- 学位年度：
- 2012年
- 导师姓名：
- 戴福初
- 关键词：
- 现场监测；孔隙水压力；体积含水量；大直径直剪试验；水文过程；变形机制
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