攀枝花12#滑坡降雨-渗流响应及失稳机理研究

论文摘要

由于西南地区特殊的地形和地质环境条件,给区域工程建设带来了问题,特别是机场建设难度较大。攀枝花机场是其中具有代表性的一座机场,在其建成期间及建成之后发育着大大小小不同规模的地质灾害隐患,威胁着机场乃至周边居民的生命财产安全。国内外众多的学者对其产生的原因做了全方位多角度的分析,认为降雨是导致其滑坡的一个最重要的原因。为进一步深入研究西南地区高山机场建设场地填方边坡引发滑坡影响重要因子,本课题选择其中最典型攀枝花机场12#滑坡为例,以离心模型实验的降雨为研究核心,通过成都理工大学重点实验室的大型土工离心机（500gt）构建攀枝花12#滑坡的离心模型实验,研究其降雨和渗流对边坡失稳造成的影响。主要研究成果如下:（1）研究和分析了以往降雨-渗流响应相关的离心模型实验中存在的误差,指出主要的影响因素包括:模型箱的选取、降雨装置的构成、模型的基座、填料的级配等。针对此次的实验,对以上可能产生的误差设计了不同的解决方案,并采取了合理的解决方案。主要解决方案如下:选取合适的密闭模型箱;研制了可供拆卸组装拼接的降雨装置;对模型的基座进行了重新设计与制作,并测定其各项指标;对填料的级配依据渗透系数在原型的基础上渗透系数增加了100倍;对坡体表面的径流现象通过实验确定了合理的改变方向,即使用防滑垫B能够明显降低坡体表面径流;对其它可能产生的误差进行了合理的改善。（2）根据相似比N=130在原始剖面的基础上制作了离心模型。主要设计包括以及几个方面:根据核心降雨及边坡渗流响应,设计了储水槽、水槽用以收集并模拟地下水和降雨;考虑到坡体的渗流情况,以渗透系数为主要因素,使用类砂岩材料和高渗透性级配达到了增大渗透系数的目的;使用孔隙水压力传感器和土压力传感器实时监测了模型在实验过程中的变化情况;进行了六次降雨,以2年为回归周期分别模拟雨季和旱季阶段坡体的降雨情况。（3）根据土压力传感器和孔隙水压力传感器数据的变化情况,结合实验过程中实际拍摄的视频和照片,确定了本次实验过程中边坡失稳的三个主要阶段分别为:1.固结压密阶段2.起裂-滑动面孕育阶段3.边坡（缓慢）滑动阶段。通过物理实验和力学实验对坡体填料实验前试验后级配的变化进行了分析,指出坡顶为应力集中部位,并且从坡脚到坡顶颗粒逐渐变粗,不均匀系数逐渐变大。该滑坡失稳的机理主要为:坡体软弱岩层促滑作用,降雨诱发的边坡变形,地下水长期耦合作用。（4）使用Geostudio的seep模块和sigma模块作为主要的数值模拟研究手段。建立了基于原始剖面为基础的模型和以实验剖面为基础的模型。对这两个模型分别进行了渗流场、应力场、应变场等的计算,并得出了相应的结论。将两个模型与实际的离心模型实验进行了两两对比,指出了三者具有共同现象的部位和时间点,同时也分析了三者具有的差异性。得出结论:数值模拟能够反映实验模型的变化趋势,渗流响应最为敏感的部位位于基覆界面和填筑体部位。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
•   1.1 选题依据及研究意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 降雨-渗流响应及边坡失稳机制研究现状
•     1.2.2 攀枝花机场12#滑坡勘测及研究现状
•   1.3 研究内容及技术路线
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 技术路线
• 第2章研究区地质背景及12#滑坡特征简介
•   2.1 自然地理
•   2.2 地质背景
•     2.2.1 地形地貌
•     2.2.2 地层岩性
•     2.2.3 地质构造
•     2.2.4 新构造运动及地震
•     2.2.5 水文地质
•   2.3 填方体及12#滑坡特征
•     2.3.1 填方体特征
•     2.3.2 12#滑坡的基本特征
•     2.3.3 滑坡形成的概念模型分析
• 第3章 降雨-边坡渗流响应的模拟技术及改进
•   3.1 以往降雨-渗流响应模拟研究及分析
•     3.1.1 降雨装置存在的问题
•     3.1.2 模型存在的问题
•     3.1.3 其它误差
•   3.2 降雨-渗流模拟的改进
•     3.2.1 模型箱的选取
•     3.2.2 降雨装置的设计与改进
•   3.3 模型的改进
•     3.3.1 基座的改进
•     3.3.2 填料级配的重新设计
•     3.3.3 坡面径流的处理
•   3.4 模型实验其它误差改进
•   3.5 本章小结
• 第4章 离心模型实验设计
•   4.1 .降雨入渗相似率
•     4.1.1 前言
•     4.1.2 简单推导
•   4.2 实验原理及设备
•     4.2.1 实验原理
•     4.2.2 实验设备
•   4.3 模型设计及相似比
•     4.3.1 模型设计
•     4.3.2 模型组成
•     4.3.3 模型材料相似关系
•   4.4 地下水及降雨装置的设计
•     4.4.1 补给装置及降雨装置的设计
•     4.4.2 降雨过程设计
•   4.5 传感器的布设
•   4.6 模型制作流程
•   4.7 实验过程
•   4.8 实验加载过程设计
•   4.9 本章小结
• 第5章 填方边坡失稳过程及机理的模拟研究
•   5.1 模型加载及降雨过程
•   5.2 试验中模型边坡宏观变形现象
•     5.2.1 试验过程中高速摄像反映的变形现象
•     5.2.2 试验结束后模型边坡的变形破裂迹象
•   5.3 模型边坡土压、孔压测试结果分析
•     5.3.1 模型边坡土压力测试结果分析
•     5.3.2 模型边坡孔隙水压力结果分析
•     5.3.3 模型边坡有效应力分析
•   5.4 试验前后模型边坡填料的变化情况分析
•     5.4.1 填料级配变化
•     5.4.2 填料物理性质变化
•     5.4.3 填料抗剪强度的变化
•   5.5 本章小结
• 第6章 实验模型失稳过程及机理的数值模拟研究
•   6.1 数值模型建立及参数选取
•     6.1.1 模型建立
•     6.1.2 参数选择
•     6.1.3 降雨设置
•   6.2 数值模拟与离心模型试验的孔压结果对比分析
•   6.3 降雨前后渗流-应力场分析
•     6.3.1 降雨前初始渗流场分析
•     6.3.2 降雨后坡体渗流场分析
•   6.4 填筑料渗透性对边坡渗流场的影响分析
•   6.5 下伏砂岩渗透性对边坡渗流场的影响分析
•   6.6 本章小结
• 第7章 填方边坡渗流-应力场的数值模拟研究
•   7.1 概述
•   7.2 填方边坡渗流-应力场的数值模拟研究
•     7.2.1 剖面选取及SIGMA模型建立
•     7.2.2 SEEP模型建立
•   7.3 降雨前后渗流场的变化分析
•     7.3.1 降雨前渗流场分析
•     7.3.2 降雨后渗流场分析
•   7.4 填方边坡应力-形变场分析
•     7.4.1 降雨后坡体整体位移分析
•     7.4.2 降雨后坡体应力分析
•   7.5 填方边坡塑性区分析
•   7.6 模拟结果对比
•     7.6.1 天然状态渗流场对比
•     7.6.2 降雨结束后渗流场对比
•   7.7 本章小结
• 第8章 填方边坡降雨-渗流响应及失稳机理综合分析
•   8.1 填方边坡降雨-渗流响应的综合分析
•     8.1.1 降雨-渗流响应的规律认识
•     8.1.2 降雨-渗流规律的应用
•   8.2 模型边坡变形失稳机理的综合分析
•     8.2.1 变形失稳的过程
•     8.2.2 变形失稳的主要因素
•     8.2.3 变形失稳的机理
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈文涛

导师: 严明

关键词: 离心模型实验,攀枝花滑坡,渗流响应,降雨模拟

来源: 成都理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,地质学,工业通用技术及设备

单位: 成都理工大学

分类号: P642.22

DOI: 10.26986/d.cnki.gcdlc.2019.000386

总页数: 139

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