降雨入滲下黃土邊坡破壞機理及減災(zāi)技術(shù)研究

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1、西安科技大學(xué)博士學(xué)位論文DissertationSubmittedtoXi''anUniversityofScienceandTechnologyInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofEngineering論文題目：降雨入滲下黃土邊坡破壞機理及減災(zāi)技術(shù)研究專業(yè)：巖土工程博士生：韓佳明指導(dǎo)教師：蘇三慶專業(yè)名稱：SchoolofArchitectureandCivilEngineering作者姓名：HanJiamingResearchonLoess

2、SlopeFailureMechanismandMitigationTechnologyunderRainfallInfiltrationDissertationSubmittedtoXi’anUniversityofScienceandTechnologyInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofEngineeringBy:HanJiamingSchoolofArchitectureandCivilEngineeringDissertationDirectedBy:Profess

3、orSuSanqingJun，2015學(xué)位論文獨創(chuàng)性說明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及其取得研究成果。盡我所知，除了文中加以標注和致謝的地方外，論文中不包含其他人或集體已經(jīng)公開發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得西安科技大學(xué)或其他教育機構(gòu)的學(xué)位或證書所使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中做了明確的說明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名：日期：論文題目：降雨入滲下黃土邊坡破壞機理及減災(zāi)技術(shù)研究專業(yè)：巖土工程博士生：韓佳明(簽名)指導(dǎo)教師：蘇三慶(簽名)摘要開展降雨入滲引起的黃土邊坡破壞機理分析

4、及防治技術(shù)研究具有重要的理論意義與工程應(yīng)用價值。本文以典型的我國黃土邊坡為背景，從降雨入滲的誘發(fā)因素入手，采用非飽和黃土滲流力學(xué)理論分析、物理模型試驗和有限元數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，研究降雨入滲下黃土邊坡破壞機理，評價黃土邊坡的穩(wěn)定性，提出降雨入滲下黃土邊坡的減災(zāi)技術(shù)?；邳S土高原地區(qū)降雨特點和邊坡類型分析，給出了不同類型黃土邊坡降雨入滲條件下破壞的主要影響因素，建立了黃土邊坡滲流場分析模型。基于多孔介質(zhì)理論和水力學(xué)理論得到了二維非飽和黃土滲流的控制方程。推導(dǎo)出了在降雨過程中黃土邊坡內(nèi)部瞬態(tài)含水率的解析解，確定了雨水入滲深度和坡體表面飽和層厚度。??依據(jù)B

5、ishop的非飽和土有效應(yīng)力原理中參數(shù)與飽和度的近似關(guān)系，建立了參數(shù)?與含水率的關(guān)系，使用GDS試驗系統(tǒng)進行應(yīng)力路徑試驗，確定了參數(shù)與含水率關(guān)系?式中的有關(guān)系數(shù)。依據(jù)參數(shù)與含水率的關(guān)系，建立了降雨過程中非飽和黃土有效應(yīng)力與含水率的關(guān)系式，得到了隨降雨而變化的非飽和黃土邊坡有效應(yīng)力計算式?；诜秋柡忘S土有效應(yīng)力原理，給出了用降雨強度、降雨歷時、初始含水率和位置作為自變量的非飽和黃土抗剪強度表達式，采用簡化Bishop法分析飽和-非飽和黃土邊坡，得到了飽和-非飽和黃土邊坡穩(wěn)定性評價的安全系數(shù)計算公式。完成了降雨入滲下黃土邊坡破壞機理物理試驗研究。通過降雨試驗

6、獲得了降雨強度和降雨歷時等模型試驗降雨條件數(shù)據(jù)，通過含水率和密度試驗獲得了模型試驗黃土的初始含水率、瞬態(tài)含水率、密度和干密度，擬合了瞬態(tài)含水率、浸潤鋒線深度、飽和層厚度、非飽和黃土有效應(yīng)力與降雨強度、降雨歷時、初始含水率、位置的關(guān)系式，得到了相關(guān)參數(shù)。擬合了降雨入滲黃土邊坡的滲流特性參數(shù)與干密度的關(guān)系式，簡化了應(yīng)用滲流理論和非飽和黃土有效應(yīng)力原理所得到的瞬態(tài)含水率、有效應(yīng)力計算式，簡化后的計算式應(yīng)用起來更加方便。通過降雨入滲黃土邊坡理論分析和模型試驗結(jié)果對比分析，得到了二者基本吻合的結(jié)論，驗證了理論分析的正確性?；诮涤耆霛B黃土邊坡二維滲流控制方程，使用

7、Galerkin方法建立降雨入滲下黃土邊坡滲流分析的有限元方程。以降雨入滲下黃土邊坡物理模型試驗得到的擬合參數(shù)為基礎(chǔ)，對不同坡角、坡高、初始體積含水率、降雨強度、降雨歷時和干密度的黃土邊坡穩(wěn)定性進行分析，得到了基于強度折減法的降雨入滲下黃土邊坡安全系數(shù)。研究表明：隨著坡角和坡高的增大，黃土邊坡安全系數(shù)逐漸減小，減小的幅度越來越小，安全系數(shù)變化幅度很大。隨著初始含水率和干密度的增大，黃土邊坡安全系數(shù)逐漸減小，減小的幅度越來越大，安全系數(shù)變化幅度較大。隨著降雨強度和降雨歷時的增大，黃土邊坡安全系數(shù)逐漸減小，減小的幅度越來越小，安全系數(shù)變化幅度較小?；诮涤耆?/p>

8、滲下黃土邊坡破壞機理分析，針對黃土滑坡和崩塌兩種災(zāi)害，提出了地表和地下排水、抗滑