基于空气渗透理论的降雨诱发滑坡机制研究

发布时间：2020-10-13 23:40

　　本文基于空气渗透理论去研究降雨诱发滑坡的机理,由降雨过程中浸润峰现象的产生思考到非饱和土力学中毛细管力相关内容。杨拉普拉斯公式表明,毛细管力与表面张力之间存在着定量定性的关系,因此,对传统理论中表面张力和毛细管力进行总结梳理和分析。对传统理论中尚未明确清晰解释的问题提出疑问,基于空气渗透理论对表面张力进行分析以及研究毛细管力微观机制,对传统理论中一些问题作出合理的解释。在理论分析的基础上,提出了降雨过程中边坡内部气体腔的概念,降雨过程中和降雨停止后,气体腔的变化对边坡滑动存在的影响。本文通过渗透试验验证了浸润峰的存在,并得出浸润峰的形成与土颗粒粒径之间存在重要关系,又土颗粒粒径是影响非饱和土毛细管力的关键因素,因此将浸润峰的产生与非饱和土毛细管力联系起来进行分析。通过GEO-SLOPE软件对含有气体腔的边坡进行数值模拟,并模拟浸润峰位置改变对边坡滑动的影响,最后得出模拟结果与气体腔理论分析吻合。本文是基于空气渗透理论理论去研究降雨诱发滑坡的机理,并对表面张力和毛细管力进行分析研究,有了一些新的认识,并取得了一些较有价值的研究成果,具体包括:(1)总结了现阶段国内外关于降雨诱发滑坡机理的研究,整理了表面张力和毛细作用的传统理论,并对其中某些现象提出质疑。(2)提出了基于空气渗透作用的表面张力与毛细管力形成机制的新解释。解释了真空中不存在表面张力,毛细管力极值以及杨拉普拉斯方程适用性等一系列问题,对传统理论中未能解释的一些问题进行了合理解释。(3)通过渗透试验模拟浸润峰的形成过程,验证了浸润峰的存在,并对不同粒径的土分别进行渗透试验,对试验现象进行观察,试验可知土颗粒粒径是影响浸润峰形成的关键因素。(4)基于空气渗透理论的表面张力与毛细管力形成机制的新解释提出了气体腔的概念。运用GEO-SLOPE软件对含有气体腔的边坡滑动面的位置进行数值模拟,分析了降雨过程中和降雨停止后浸润峰位置的改变对边坡滑动的影响,得出的模拟结果与机理分析吻合。
【学位单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P642.22
【部分图文】：

表面张力,液体

衡力的作用，因此必须产生张力才可以使收缩?图１－３液体的表面张力??膜能够保持平衡，产生的这个张力就是表面张力（如图１－３所示）。气体分子间的作用??十分微弱的，因此不能维持在一个自由表而，而固体的分子间作用力又相当大，使得固??体表面的分子虽然受到与内部的分子不同的力，但是仍然可以维持在一个稳定的表面。??液体的表而分子受到指向液体内部的力，由于液体具有流动性，使得液体具有不同于气??体和固体的重要的表而力学性质。液休内部的分ｆ？会对其表而分ｆ施予指向液休内部的??引力，也正是因为这个表而层分子所受的指向液内的ＧＩ力导致液休表而与液体内部的性??质＋同，因此产生了表面张力。??表面张力的产生与液体和固体之间相厅接触使份液休表面区分子受力＋平衡有关，??罗晓斌、朱定一和石丽敏等人ｌ：４Ｍ｜通过对液休Ｓ固休接触的表而现象及产生机理进行研??究，刘冇菊、和伟１２７１也对液体表而张力系数做ｆ实验研究，研宄表明：??（１）液体与固体之间接触会有润湿和不润湿两种表面现象出现

吸引力,分子,内聚力,压强分布

这个压强差称之为附加压强。在凸液而的情况下，附加压强是正的，也即液面??内部压强比液面外部的压强大：在凹液而的情况下，附加压强是负的，也即液面内部的??压强比液而外部的压强小（如图１－６所示）。??．！?ｉｒ＾＂ｉ??暴?Ｌｐ。」??Ｐｓ?Ｉ??Ｉ?？??凸面：Ｐ＝ＰＯ＋ＰＳ?凹面：Ｐ＝ＰＯ－ＰＳ??图１－６弯液而两侧的压强分布??液休分＋之间的吸引力也称作内聚力，液休分子同容器分子之间也存在着吸引力，??这种力可称作附着力。如果附着力大于内聚力，那么液休就会打湿容器：如果相反的话，??液休就不会打湿容器。如果某液体＂丨以浸润兄物质，那么在该液体中插入一根直径较小、??用该物质做成的细管，细管中液休１：／卜；如汜菜液休小能浸润某物质，那么在该液体中??插入一根肓径较小，用该物质做成的细管，细管中液体会下降。细管中液面的上升或下??降就是毛细管作用，也称毛细现象。??Ｆｒｅｄｌｕｎｄ?Ｄ?Ｇ、尹东霞、马沛生、和闵义等人｜３（１°Ｓ｜利用Ｙｏｕｎｇ－Ｌａｐｌａｃｅ公式??毛细管力和研究毛细管力和表面张力之间的关系，该方程表述了弯液１丨１丨内外两侧ｍ强淖??与表面张

示意图,毛细管力,公式,曲率