坡表堆積碎石土滲流規(guī)律研究.pdf

1、堆積體滑坡作為我國(guó)所發(fā)生的滑坡災(zāi)害中較為典型的滑坡類型，具有影響范圍廣、持續(xù)危害大、爆發(fā)頻率多等特點(diǎn)。堆積碎石土作為堆積體滑坡的滑體物質(zhì)具有透水性強(qiáng)、粒徑范圍廣、大孔隙性等特點(diǎn)，極易在強(qiáng)降雨條件下失穩(wěn)進(jìn)而誘發(fā)滑坡災(zāi)害。因此，探究降雨過(guò)程中碎石土的水分運(yùn)動(dòng)特征對(duì)深入研究降雨致滑機(jī)理、預(yù)防滑坡等地質(zhì)災(zāi)害具有理論指導(dǎo)與現(xiàn)實(shí)意義。堆積碎石土由物質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的第四紀(jì)土與破裂巖塊二重介質(zhì)組成，應(yīng)從宏觀和細(xì)觀兩個(gè)方面探究不同因素對(duì)堆積碎石土滲流規(guī)律的影

2、響。同時(shí)，堆積碎石土坡表不同粒徑的碎石因斜坡重力、搬運(yùn)、剝蝕等地質(zhì)作用，在空間分布上存在明顯空間變異性，從而對(duì)碎石土導(dǎo)水率及水分的空間分布產(chǎn)生影響，使碎石土滲流參數(shù)存在空間變異性，進(jìn)而導(dǎo)致斜坡不同區(qū)域的碎石土在降雨過(guò)程中抗剪強(qiáng)度折減差異。論文以湘潭市水竹灣隧道出口處堆積碎石土邊坡為研究對(duì)象，通過(guò)自制滲流儀器進(jìn)行室內(nèi)滲流試驗(yàn)與野外入滲試驗(yàn)，并利用CT掃描與圖像處理技術(shù)，探討堆積碎石土宏、細(xì)觀孔隙特征與滲流規(guī)律之間的關(guān)系。同時(shí)，利用地質(zhì)學(xué)統(tǒng)

3、計(jì)方法研究了堆積碎石土入滲規(guī)律的空間分布與變異性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴細(xì)小黏粒的孔隙度首先隨含水率增加逐漸增加，當(dāng)含水率達(dá)到12.5％時(shí)，土壤內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變，孔隙度隨含水率增加緩慢減小。隨著含水率的增加氣相孔隙度逐漸減少，小孔隙的數(shù)量明顯增加，中孔隙、大孔隙數(shù)量卻緩慢減少。不同含水率下孔隙定向角主要聚集在10°~30°、50°~70°、100°~120°、140°~160°四個(gè)方位，且含水率越小，孔隙有序性相對(duì)較差。概率

4、熵與形狀參數(shù)先隨含水率的增加在含水率為7.5%~10%間出現(xiàn)峰值，再隨含水率的增加而減少。⑵孔隙面積比率是影響滲透系數(shù)最主要的因素。考慮含石率作為主要影響條件時(shí)，隨著含石率的減少（從70%減至30%），孔隙面積變異系數(shù)、孔隙周長(zhǎng)變異系數(shù)及孔隙分形維數(shù)均呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，存在一個(gè)含石率閾值使其碎石土的滲透系數(shù)最小。根據(jù)孔隙面積比率(x)與碎石面積比率(y)，獲得滲透系數(shù)(k)擬合函數(shù)k=0.0328×x1.8245×y-1.4633

5、。⑶降雨初期表層土含水率的增加導(dǎo)致濕潤(rùn)鋒遷移速度立即達(dá)到30~40mm/min，然后濕潤(rùn)鋒遷移速率隨孔隙內(nèi)空氣阻力的增加（減?。┚徛郎p?。ㄔ龃螅?，遷移深度與時(shí)間曲線呈階梯狀。濕潤(rùn)鋒遷移速率隨雨強(qiáng)的增大呈線性增長(zhǎng)。降雨入滲過(guò)程中，碎石土沉降變形由緩慢增長(zhǎng)、快速增加、逐漸停滯三個(gè)階段組成。雨強(qiáng)越大（2.0mm/min），碎石土出現(xiàn)快速沉降變形階段的時(shí)間越早（約50min）。滲透系數(shù)隨碎石土干密度增大近似線性減小。⑷明確碎石土入滲過(guò)程符合Ko

6、stiakov模型。不同粒徑碎石質(zhì)量分?jǐn)?shù)、入滲率及不同深度碎石土含水率分別采用高斯、球形、球形半變異理論模型空間插值精度最高。粒徑大于10 mm碎石主要分布于坡頂與坡腰區(qū)域且使該區(qū)域入滲率的空間變異性相對(duì)較大，細(xì)小碎石（粒徑2~10 mm）則聚積在坡腳位置，飽和入滲速率沿坡面由上至下呈逐漸減少的空間分布趨勢(shì)。淺土層（0-15 cm）坡腰含水率比坡頂、坡腳要高，而深土層（15-25 cm）坡腳含水率比坡頂、坡腰要高，且隨深度增加緩慢上升。