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题名	降雨激发堆积体滑坡破坏的水-力耦合机理试验研究
作者	蔡焕
答辩日期	2019-07-01
授予单位	中国科学院大学
授予地点	成都
导师	杨宗佶
关键词	非饱和砾石土 降雨滑坡 模型试验 水-力耦合 数值模拟
其他题名	An Experimental Study on Hydro-mechanical Coupling Mechanism of Rainfall-induced Landslide Deposits Remobilization
学位专业	建筑与土木工程
英文摘要	2008年汶川地震使得西南震区山体普遍松动，形成大量的同震滑坡堆积体。这类滑坡堆积体在后地震时期降雨激发条件下发生拉槽侵蚀，并在拉槽切沟的沟道两侧发生溯源型浅层破坏，为泥石流的转化提供大量的物源。滑坡堆积体的再启动使得该地区重大基础设施建设和规划遭受地质灾害的风险增大，针对滑坡堆积体“后效应”的防控已经成为国家重大工程安全和区域减灾的急切需求。充分了解降雨滑坡的形成机理是准确开展预测预报的基础与前提，而降雨入渗导致坡体基质吸力的消散和稳定性降低是斜坡失稳的主导因素，因此采用水-力耦合理论分析斜坡稳定性是模拟和揭示滑坡堆积体拉槽边坡浅层破坏的过程和机理的有效手段。为了直观的还原斜坡浅层破坏过程，本研究以四川省都江堰市银洞子沟滑坡堆积体上拉槽的边坡为原型，重点开展了砾石土斜坡降雨破坏的水-力耦合行为的试验研究，通过分析斜坡降雨破坏过程，研究坡体内部各参数响应降雨入渗的变化以及分析其对边坡稳定性的影响，来揭示优先流-基质流双渗流场作用下滑坡堆积体内部水-力规律及演进过程。同时，本文完成了宽级配砾石土的非饱和物理力学性质试验，在以上室内试验的基础上，通过COMSOL多物理场仿真软件创新性地完成了水-力耦合斜坡模型的数值模拟工作。全文共有六章内容，第一章和最后一章分别绪论和结论与展望。第二章对一系列非饱和砾石土物理力学试验研究的方法、方案及研究结果进行了详细的阐述。第三章详细介绍了降雨滑坡水-力耦合物理模型试验的理论基础和试验设备，并在第四章充分展示了试验结果，并选取典型试验结果进行了水-力耦合及渗流特性分析。最后在获取了水-力参数的基础上（第二章、第四章），开展了非饱和土斜坡的水文与稳定性数值模拟。本论文取得以下研究成果：1.通过砾石土的非饱和力学性质试验研究确定了滑坡堆积体砾石土的结构特征和力学参数，分析了颗粒级配对砾石土土-水特征曲线参数的影响，并探讨了基质吸力对物理力学参数的影响，研究揭示了震后滑坡堆积体的结构组成和物理性质，为后续模型试验和计算分析的开展提供科学数据基础。2.提出了一套适用于非饱和砾石土斜坡降雨破坏的准足尺物理模型试验的研究方法，通过自行设计的孔隙率测定装置探讨了砾石土土体密度与孔隙率的关系，染色试验直接证明了砾石土中优先流的存在。3.基于降雨滑坡物理模型试验研究，揭示了斜坡破坏过程中优先流和基质流的双渗流场的耦合作用；重构了吸湿条件下宽级配砾石土表征优先流的土-水特征曲线本构；稳定性计算和试验过程的对比分析表明试验中斜坡的变形破坏过程中观测到的含水量、基质吸力和地表倾斜角度的变化过程与计算的吸力应力、稳定系数的演进过程有显著的对应关系。通过试验还揭示了非饱和滑坡堆积体渗流潜蚀现象，定量分析了细颗粒迁移程度。4.通过基于有限元的数值模拟分析，结合物理模型试验中所提出的表征优先流的土-水特征曲线本构模型，开展降雨入渗条件下滑坡非饱和渗流-应力场耦合及演化过程的有限元二维模拟。结果表明优先流的快速入渗对坡体深部安全系数影响显著，降雨入渗将导致坡脚应力集中，并使得坡体产生更大的位移与形变，模拟斜坡坡顶的位移和变形值与实际破坏结果比较接近。本研究为降雨激发滑坡堆积体在后地震时期再启动的渗流特性和水-力耦合机制和过程研究提供了试验和理论研究基础，旨在为震后降雨诱发滑坡堆积体非饱和条件下失稳破坏的预测预报、监测预警提供可靠的参数、模型、方法和科学参考。
语种	中文
页码	136
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.imde.ac.cn/handle/131551/33980]
专题	成都山地灾害与环境研究所_山地灾害与地表过程重点实验室
作者单位	中国科学院成都山地灾害与环境研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	蔡焕. 降雨激发堆积体滑坡破坏的水-力耦合机理试验研究[D]. 成都.  中国科学院大学. 2019.

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