重庆地区极端气候对非饱和土物理力学性能的影响规律研究

发布时间：2018-03-22 07:50

本文选题：极端气候　切入点：非饱和土　出处：《重庆交通大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：近年来,极端气候事件频发,给国家、社会带来巨大的生命、财产损失,为了提高我国重要线性工程在极端气候条件下的抗灾能力,并填补我国非饱和土工程在应对极端气候事件方面设计和施工水平相关领域的空白,本文依托于重庆市教委科学技术研究项目(KJ120407),以重庆实测气象数据为边界条件、实地取样土工实验结果为参数依据,采用数值模拟方法将极端气候与非饱和土路基边坡进行水-热-力三场耦合,探寻非饱和土路基边坡对极端气候作用的响应,并对非饱和土体的物理力学参数变化进行了分析。主要结论如下:1.以1950~2013年重庆地区气象数据为基础,采用百分位法确定重庆地区极端气候阈值、提取极端气候指标,分析各极端气候指标的强度、频率特征,并根据年际震荡周期预测未来趋势。结果表明:①重庆地区近64年的年平均气温整体呈小幅上升趋势,降水量以微弱趋势增长,并在年际间呈现出明显的旱涝交替特征;②除了极端低温指标中极端低温日数呈下降趋势外,其余极端低温指标以及极端高温指标、极端降水指标均呈增长趋势;③未来的一段时期重庆地区极端高温与极端降水等极端气候事件发生频数将增多。2.基于对1300~2013年重庆地区滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷及地面裂缝等五种地质灾害发生频次的统计,分析了气温波动与地质灾害发生频次在不同时间尺度上的时域特征及极端气候对地质灾害的影响。结果表明:①在百年际和年代际时间序列中,重庆地灾频数与气温波动在相同时域内具有同步性,即地质灾害高(低)发期对应着气候升(降)温期;②极端高温事件与极端降水事件的年际叠加效应加剧次年地质灾害的发生,极端低温事件与极端降水事件的年内叠加效应抑制当年地质灾害的发生,极端高温与极端干旱在年内、年际叠加效应均抑制地质灾害的发生;③极端降水在较短时期促使地质灾害发生,极端气温在较大作用时间尺度上抑制或促进地灾的发生。3.以1950~2013年重庆地区极端气候阈值为边界条件、室内土工试验数据为参数、采用Geo-Studio岩土分析软件对极端气候作用下非饱和土路基物理力学场进行湿-热-力三场耦合数值模拟,分析了极端气候作用下非饱和土体的物理力学参数变化规律。结果表明:①极端高温蒸发作用下,非饱和土体的土温整体呈现随气温升高而增大、随深度增加而减小的规律;其中,土温日变化与日气温的变化趋势大体相同;土温的季变化呈现不同季节性特征,夏季随着深度逐渐降温、冬季随着深度逐渐增温、春、秋季在土层某深度处出现暖层,并由该层分别向土体表面、深层逐渐减小;②不同温度作用下,非饱和土土体抗剪强度总体上随着温度的升高、温度持时的增加而提高。在作用温度为10℃~50℃范围内,粘聚力c在0h~48h线性增加,在168h后基本达到稳定,增长幅度约为20%;土体的摩擦角?在0h~12h内、任一温度下均呈线性增加的趋势,12h后随着时间的推移没有发生明显的变化;③不同降雨强度作用下,非饱和土土体抗剪强度整体上随着降雨强度的增加而持续下降,在不同降雨强度范围内的下降速率不同。降雨强度在50mm/d~120mm/d范围内的土体抗剪强度下降速率大于降雨强度为120mm/d~180mm/d范围内的下降速率;④不同降雨强度作用下,非饱和土路基边坡安全系数整体上随着降雨强度的增加呈下降趋势,但在不同降雨强度范围内呈现出先降低、后增加的特征。其中,安全系数在降雨强度为50mm/d~280mm/d范围内时呈现下降特征并在局部出现剧烈震荡的现象,在降雨强度为280mm/d~360mm/d范围内时小幅度增长;⑤不同渗流持时下,非饱和土路基边坡安全系数整体上随着渗流持时的增加呈下降趋势,但在不同渗流持时范围内呈现出先降、后增、再降,最后趋于稳定的特征。其中,在渗流作用1d~3d时域内,坡身表层土体主要受坡顶地表径流影响,由非饱和土转变为饱和土,饱和水位线随着时间推移由边坡表层向土体深处转移,坡脚地下水位逐渐抬升,安全系数直线下降;在渗流作用4d~7d时域内,坡身表层土体主要受坡体内部渗流作用影响,由饱和土转变为非饱和土,安全系数小幅度增长;在渗流作用8d~56d时域内,安全系数以线性趋势缓慢下降,57d后趋于稳定;⑥单次干湿循环条件下,降雨与蒸发两者互相制约,路基土的影响范围约为1.2m;反复干湿循环条件下,降雨与蒸发互相促进,使路基土的影响范围加深,反复循环5次后影响深度在约6.3m处趋于稳定;⑦在同级垂直压力作用下,非饱和土的抗剪强度随着基质吸力的增大而增大、随着干湿循环次数的增加而衰减,在反复循环5次后趋于稳定,其中,粘聚力c衰减幅度约为40%~61%,有效摩擦角??衰减幅度约为12%~18%;⑧在同一基质吸力作用下,非饱和土的抗剪强度随干湿循环次数的增加而衰减,并与循环路径相关,脱湿路径所对应的土体抗剪强度低于吸湿路径对应的抗剪强度,即经过反复干湿循环后的非饱和土的力学特性产生了不可逆转的变化。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU43

【参考文献】