鲁地拉水电站枯木a滑坡降雨入渗非饱和渗流分析

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1、鲁地拉水电站枯木A滑坡降雨入渗非饱和渗流分析第一章绪论1.1课题的提出边坡失稳引起滑坡是全球性的地质灾害之一，对人类社会和经济建设构成巨大危害。调查表明，降雨是引起边坡稳定性降低，导致边坡失稳的最主要和最普遍的外界因素，降雨成因类型的滑坡约占滑坡总数的70％，而且降雨类型的滑坡中95％的滑坡发生在雨季。可见研究降雨入渗对边坡地下水位及滑坡堆积体饱和度的影响，是边坡稳定性研究的重要内容。降水入渗对边坡稳定性的影响主要有以下几方面，首先影响岩土体的静水压力和动水压力，这些作用改变了边坡的应力平衡。降雨导致

2、边坡地下水位上升，岩土体非饱和区变为饱和区，有效粘聚力和有效摩擦角变为饱和粘聚力和饱和摩擦角，降低了边坡的抗滑稳定性；非饱和区岩土体容重增加，指向坡外的渗透力增加，提高了滑坡体的抗滑稳定性。其次，降雨入渗还使得边坡岩土体的基质吸力下降。因此，正确分析降雨入渗引起的非饱和土坡暂态渗流场的变化规律是进行边坡稳定性研究的前提。降雨入渗时边坡内地下水位及非饱和区含水量的变化问题是一个牵涉到饱和--非饱和水的复杂渗流问题。对于这种饱和--非饱和水的渗流问题，目前研究的难点仍然为如何准确确定土体的土水特征曲线，进

3、一步计算降雨过程中边坡岩土体的暂态水分分布场，这是研究降雨入渗对边坡稳定性影响的基本问题，也是首要问题。如果边坡内水分分布场模拟不正确，建立在此基础上的边坡稳定性分析就不可能准确。国内外虽然已经开展过大量研究，但从计算理论，到非饱和土力学参数如基质吸力的选取、土水特征曲线的确定，边坡地下水蒸发的考虑方法，排渗边界的处理以及计算方法等均不成熟。基于以上原因，本文开展非饱和土力学参数对渗流计算结果的影响研究，并以金沙江鲁地拉水电站枯木A滑坡为例，研究降雨入渗对该工程非饱和渗流场的影响。.1.2降雨入渗对边

4、坡地下水位及稳定性影响的研究现状由于含水量的变化会影响土体的强度参数，进一步影响边坡的稳定性，因此，研究边坡的稳定性，首先需研究降雨入渗与蒸发对边坡地下水位线、覆盖层含水量的影响。而降雨入渗与蒸发对地下水位线及土体含水量的影响研究需采用饱和非饱和渗流理论，国内外在这一研究领域还处于起步阶段，计算理论还不成熟。主要研究方法有两种：第一种是用统计分析方法寻求降雨入渗的规律。如文献[1]从工程可靠性的角度来考察边坡的安全性，考虑岩土介质物理力学状态参数的随机性，用可靠度分析理论定量分析了非饱和黄土边坡的降雨

5、入渗规律及失稳的概率。文[2]采用概率统计方法对重庆地区已经发生的577个滑坡的降雨资料进行了统计分析，从时间上和雨量上详细研究了降雨入渗规律及其与滑坡二者间的概率关系。我国在三峡地质灾害治理工程中获得了大量一手资料，文[3]在此基础上，对三峡库区典型滑坡降雨入渗地下水及边坡稳定性变化进行研究。根据三峡库区滑坡特点及地质资料，选择秭归县八字门滑坡案例进行深入研究，建立了直接利用降雨量对库区滑坡进行稳定性预测的判别模式。张桂荣等[4]将浙江省划分为台风区和非台风区，建立了地质-气象耦合的预警模型，认为当

6、两个区域的一次有效降雨量阀值分别达到275mm和225mm时，将会引发大量的滑坡灾害；在香港地区，Brand等[5]、Au等[6]在详细分析了1963―1983年的滑坡数目与1～30天的累积降雨关系之后，认为香港地区的绝大多数滑坡是由短时高强度的降雨引发，可能发生滑坡的临界降雨强度为70mm/h，若降雨量超过100mm/d，滑坡失稳数量显著增加。另外，随着孔隙介质非饱和渗流和土体饱和渗流理论的发展，国内外学者已越来越清楚地认识到雨季土质滑坡、泥石流等地质灾害与土体非饱和渗流的密切关系[7]。第二章饱和

7、非饱和渗流计算理论与计算软件2.1非饱和渗流的基本概念为了了解非饱和渗流的渗透原理，考察含水量发生变化时，多孔介质中水分分布状况，需引出一些新的概念。当液体与另一种介质（可以是液体，也可以是气体或固体）相接触时，由于各相材料内部分子和在接触面处的分子间向内的外力不同，在其界面上以张力形式表现出一种自由界面能，称为界面张力。界面张力用ik表示，定义为当材料k与材料i分离时，分离出单位面积所做的功。对于任何两种材料，其界面张力ik为常量。若当材料i与气相接触时称为表面张力。如图2-1、图2-2是两组典型的

8、土水特征曲线。它表示由于毛细力克服重力而被保持在土体中的水分的多少，即这些曲线表示非饱和带中水分的能量和数量之间的关系，反映了非饱和带中水分的基本特征。所谓基质吸力是指孔隙气压力与孔隙水压力之差。一般来说，不同的土的土水特征曲线是不同的。同等条件下，粘性土比砂保持水分的能力更强，具有更高的体积含水量。土体的颗粒级配、孔隙结构、矿物含量及成分、密实度、温度、液体的性质等参数对土水特征曲线的形状也有影响。如温度升高时，表面张力降低，在同样的吸力下体积含水量要