降雨在冰水堆积体的入渗过程及对其稳定性影响研究

发布时间：2020-10-26 06:36

　　 冰水堆积体是我国西南河谷岸坡常见的一类第四纪沉积物,其往往规模较大大,体积一般约数十万m3~数千万m3不等,受其沉积环境和条件影响,这些冰水堆积体大多具有多变的沉积特征和复杂的物质组成。而降雨入渗常常是引起该类深厚堆积层斜坡失稳破坏的重要原因。因此开展降雨在冰水堆积体中的入渗过程及入渗机理的研究,对于正确评价堆积体稳定性具有重要意义。本文在对冰水堆积体物质组成、沉积特征广泛调查的基础上,概括出区内冰水堆积体三类典型结构特征模型(均质型、非均质型和裂缝发育型),构建出三个物理试验模型,对降雨在三类堆积体中的入渗过程及入渗机理展开了较为深入地研究,取得了以下主要研究成果:1.根据作者的野外现场地质调查以及前人的研究,简单得出西南地区(流沙河流域、大渡河流域、澜沧江流域)冰水堆积体的沉积特征大部分表现为成层性,且其组成物质极为复杂,主要是由块石、巨颗粒的碎石以及粗颗粒的砾石等构成,有时局部可见大颗粒间的充填的细颗粒。粗颗粒与巨颗粒之间嵌合的较为紧密,有架空的现象少见。2.室内降雨试验结果表明降雨在均质堆积体入渗过程是一个缓慢且稳定变化的过程,其入渗规律较为简单,从坡表均匀的向下入渗,共分为四个阶段:坡顶浸润阶段、快速入渗阶段、稳定入渗阶段、土体饱和阶段。降雨开始后,土体孔隙水压力、体积含水量以及基质吸力在湿润锋到达后开始响应,孔隙水压力缓慢增大、含水量逐渐增大、基质吸力逐渐降低,直至达到最值,降雨暂停后又开始缓慢恢复。试验过程中湿润锋的迁移形态变化规律为堆积体表层浸湿→坡型迁移→堆积体整体浸润。3.非均质模型试验中,在湿润锋到达之后孔隙水压力增大,体积含水量增大,基质吸力相应降低,但是在非均质模型其变化幅度较均质堆积体有很大差别,在粗颗粒区域孔隙水压力和含水量在湿润锋到达之后并没有迅速增大,降雨暂停后,粗颗粒区域含水量迅速降低。湿润锋的迁移过程中在粗细土颗粒区域发生变化,形成曲率半径较小的弧形,其迁移形态规律为坡型迁移→不规则弧形迁移→堆积体整体浸润。正是由于不均匀区域的存在,使得雨水在粗颗粒土体内的渗透通道大,渗透率高,而在堆积体其他区域处的入渗率较小,在粗颗粒附近入渗速率相对较快,粗细颗粒区域土体孔隙水压力和土体含水量的变化也就不同。其入渗规律为坡顶浸润阶段→加速入渗阶段→不均匀入渗阶段→土体饱和阶段。4.在裂缝发育型堆积体中,由于裂缝的存在,导致在堆积体内形成不均匀降雨入渗,使得裂缝底部范围内的孔隙水压力要明显大于同一水平其他位置的孔隙水压力。入渗机理为三个阶段:堆积体表面及裂缝的润湿阶段、裂缝部位快速垂直下渗阶段、水平渗透阶段。裂隙的存在改变了雨水的入渗通道,雨水的渗流更加的复杂化,裂缝附近特别是裂缝底部的含水率和孔隙水压力随着湿润锋的到达快速提升至峰值,基质吸力迅速降低。其湿润锋在裂缝附近快速向下迁移,形态变化为堆积体表面浸湿→两个规则圆弧形迁移→不规则形状迁移→堆积体整体浸润。5.结合大渡河青杠咀冰水堆积体的数值分析,通过无裂缝和假设有裂缝两种模型下,得出在无裂缝的情况下,雨水在入渗过程中在粘土层(渗透率低)上方会形成很大的孔隙水压力,且体积含水量也较大,而在有裂缝的情况下,降雨通过裂缝垂直入渗,在裂缝底部形成较大的孔隙水压力和较高的含水率。在降雨期间,无裂缝模型的边坡稳定性系数逐渐降低,降雨结束后,又开始逐渐增大;有裂缝模型在降雨期间边坡稳定性也会逐渐降低,但是其最小稳定性系数小于无裂缝的堆积体的。也再次验证了室内降雨试验非均质模型和有裂缝模型的降雨入渗规律和机理。
【学位单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：P642.2
【部分图文】：

针对本次论文设计三种不同的冰水堆积体模型：均质堆积体、非均质堆积体、裂隙发育的堆积体（如图1-1），借助于降雨装置平台，分别进行不同雨强，不同降雨历时的降雨试验。再通过在堆积体中布置的孔压传感器、含水率传感器、基质吸力传感器测得不同时间段的孔压、体积含水率、基质吸力。

图 2-1 流沙河流域物质组成颗分曲线（1）总体上看，该流域堆积体粒度范围广泛是碎块石层的总体特点，颗粒以巨粒和粗粒为主要成分，可占到总量的百分之九十以上，巨粒含量为 65%~70%，细粒很明显比较偏少，引起颗分曲线和区里系数都相应的偏高。较高的分散性是其粒度组的一个特点，这可以从颗分曲线上看出来，由于不同部位颗粒组成不同，因此，不同部位还是有较大的差别。（2）碎块石土不同，粗粒为角砾质黏土的主要成分，含量大都在 65%以上，其次为巨颗粒，细颗粒的含量比碎块石土要高一些，级配良好是角砾质碎石的一个总体特点。结合《土的分类标准》分析堆积体内的两层堆积物物质组成可发现，碎块石土层一般划归于混合巨粒土，相应的，角砾质黏土划归于粗颗粒土。2.2.2 澜沧江争岗冰水堆积体颗粒组成及分类

第 3 章 室内降雨试验装置及试验方案.1 室内模型试验装置室内模型试验选用的试验场地在成都理工大学的地质灾害防治与地质环境L（国家重点实验室）背后的泥石流实验室。其水电齐全，可以满足实验要求。过在室内搭建试验模型模拟降雨，观察试验现象，采集相关数据，对冰水堆积的降雨入渗过程进行研究。室内降雨试验模型主要包括试验平台，降雨模拟系和数据测量系统，如图 3-1 所示。具体的细节以及操作步骤如下详细介绍。
【参考文献】

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本文编号：2856638