【摘要】：隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,各種工程建設(shè)呈現(xiàn)出大規(guī)模高速度的發(fā)展態(tài)勢,對原生地貌造成嚴(yán)重的破壞和擾動,形成嚴(yán)重的水土流失。工程堆積體是人為水土流失的主要策源地之一,其物質(zhì)組成復(fù)雜、結(jié)構(gòu)松散、粘聚力差,在降雨及地表徑流沖刷下,極易發(fā)生劇烈的水土流失以及滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害,給人民生產(chǎn)生活帶來嚴(yán)重的威脅。因此,研究工程堆積體邊坡穩(wěn)定性對減少水土流失和防治措施具有重要的理論意義和工程實用價值。本文以紫色丘陵區(qū)典型紫色土堆積體和煤礦堆積體為研究對象,通過室內(nèi)土壤物理力學(xué)性質(zhì)測定方法,研究不同降雨事件下土壤含水率、孔隙特征、土壤貯水特征和抗剪強度,深入分析工程堆積體土壤物理力學(xué)性質(zhì)的時空動態(tài)變化特征及其差異性；同時利用室外雙環(huán)入滲法,研究不同工程堆積體下墊面的入滲特征及其影響因子,確定紫色丘陵區(qū)工程堆積體下墊面入滲過程的適宜性模型；采用GEO-SLOPE軟件計算不同降雨事件下工程堆積體邊坡的最危險滑動面和安全系數(shù),結(jié)合正交試驗設(shè)計深入分析工程堆積體邊坡穩(wěn)定性的影響因子,為紫色丘陵區(qū)工程堆積體水土流失防治及其滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生提供科學(xué)依據(jù)。主要結(jié)論如下：(1)紫色土和煤礦堆積體的土壤容重、總孔隙度、天然含水率和田間持水量均存在顯著差異(P0.05)。工程堆積體粒徑分布主要集中在20-2mm,其含量在28.68～69.84%之間；工程堆積體粒度分布具有良好的分形結(jié)構(gòu),其決定系數(shù)R2在0.85以上,其中分維數(shù)最大為2.692,最小為2.374。紫色土堆積體天然含水率為4.12-16.23%,土壤容重在1.32～1.64g/cm3之間,田間持水量在16.35-29.58%之間；煤礦堆積體的土壤含水率分別為19.01%和20.09%,土壤容重為1.19g/cm3和1.15g/cm3,田間持水量為33.82%和35.66%。紫色土堆積體和煤礦堆積體的粘聚力存在顯著性差異(P0.05),表現(xiàn)為紫色土堆積體(平均28.95kpa)煤礦堆積體(平均6.61 kpa),紫色土堆積體的內(nèi)摩擦角在9.58～57.32°之間,煤礦堆積體的內(nèi)摩擦角分別為28.76°和27.71°。(2)紫色土和煤礦堆積體入滲特征差異顯著。紫色土堆積體和煤礦堆積體的初始入滲率分別為13.86 mm/min和20.09 mm/min,穩(wěn)定入滲率分別為6.79 mm/min和10.19 mm/min。紫色土堆積體的初始入滲率、穩(wěn)定入滲率、平均入滲率和滲透總量與容重和含水率均呈負(fù)相關(guān),與孔隙度呈正相關(guān),其相關(guān)系數(shù)較低,而入滲特征值與碎石含量的相關(guān)系數(shù)較高。穩(wěn)定入滲率與60～40 mm碎石含量呈負(fù)相關(guān),與40～20 mm、20～10 mm和1 0-5 mm碎石含量呈極顯著負(fù)相關(guān),僅與5-2 mm碎石含量呈正相關(guān)；平均入滲率與60～40 mm和10-5 mm碎石含量均呈負(fù)相關(guān),與40～20 mm和20～10 mm碎石含量呈極顯著和顯著負(fù)相關(guān),與5-2 mm碎石含量呈正相關(guān)。表明粒徑5mm碎石能夠抑制工程堆積體的入滲能力,40～20 mm和20～10mm碎石可以達(dá)到極顯著和顯著水平。(3)不同工程堆積體回歸模型的擬合優(yōu)度存在差異,其擬合優(yōu)度依次為通用經(jīng)驗?zāi)Ｐ?R2=0.751～0.979)Kastiakov模型(R2=0.724-0.956)Philip模型(R2=0.728～0.938)Horton模型(R2=0.689-0.936)；通過比較不同擬合模型的計算入滲率與實測入滲率可知,紫色土堆積體入滲回歸方程的決定系數(shù)依次為Kastiakov模型(R2=0.959)通用經(jīng)驗?zāi)Ｐ?R2=0.9586)Philip模型(R2=0.9414)Horton模型(R2=0.8954),煤礦堆積體則依次為Kastiakov模型(R2=0.935)通用經(jīng)驗?zāi)Ｐ?R2=0.9337) Philip模型(R2=0.8992)Horton模型(R2=0.8698)。Kastiakov模型可以作為紫色丘陵區(qū)工程堆積體入滲過程的適宜性模型。(4)不同降雨事件下紫色土堆積體0-50cm土層土壤含水率在10.28～20.48%之間變化,不同坡位土壤含水率的變化趨勢存在不同；煤礦堆積體0-50cm土層土壤含水率在21.60-38.30%之間變化,是紫色土堆積體(14.23%)的2.04倍。與一次性降雨事件相比,間歇性降雨事件的土壤含水率變化范圍更大,這主要與降雨強度、降雨次數(shù)、間歇時間、氣候條件和蒸發(fā)能力等有關(guān)；三次間歇降雨事件的紫色土堆積體最大土壤含水率分別為20.48%、20.27%和18.02%,最小含水率為12.90%、10.28%和11.04%,煤礦堆積體的變化范圍為25.20～31.69%、25.19-35.75%和25.50～32.51%,是紫色土堆積體的1.85、2.07和2倍。紫色土和煤礦堆積體各坡位對不同降雨條件下土壤含水率的響應(yīng)差異顯著(P0.05),紫色土堆積體的土壤含水率依次為為6.14(14.18%)6.5(13.51%)6.9(13.41%),煤礦堆積體則為6.9(29.26%)6.14(29.14%)6.5(28.36%)。紫色土堆積體上、中、下三個坡位平均土壤含水率差異顯著(P0.05),其數(shù)值為12.95%、14.79%和14.95%。(5)相同降雨條件下紫色土和煤礦堆積體土壤容重和孔隙度差異顯著(P0.05)。紫色土堆積體土壤容重在1.11～1.69g/cm3之間,煤礦堆積體土壤容重在0.9～1.28g/cm3之間；不同土層的總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度存在顯著差異(P0.05),總孔隙度和毛管孔隙度表現(xiàn)為0-10cm土層10-20cm土層,非毛管孔隙度則為10-20cm土層0-10cm土層。紫色土和煤礦堆積體在不同降雨事件下各坡位土壤飽和貯水量、最大吸持貯水量和最大滯留貯水量差異顯著(P0.05),紫色土堆積體不同坡位的最大滯留貯水量為6.5mm、5.75mm和5.58mm,煤礦堆積體則為17.03mm、12.47mm和11.84mm。紫色土堆積體內(nèi)摩擦角在12.16～30.77°之間,煤礦堆積體內(nèi)摩擦角在11.82-26.810之間。(6)不同降雨事件下工程堆積體的最危險滑動面和邊坡安全系數(shù)存在差異。隨著降雨強度的增大,工程堆積體邊坡安全系數(shù)逐漸減小,邊坡安全系數(shù)數(shù)值均大于1.25；紫色土堆積體在小雨、中雨和大雨條件下的安全系數(shù)分別為2.434、1.384和1.275,煤礦堆積體則為3.015、2.638和1.408。邊坡安全系數(shù)與土壤粘聚力、內(nèi)摩擦角和穩(wěn)定入滲率呈正相關(guān)關(guān)系,與土壤重度、土壤含水率和降雨強度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。應(yīng)用正交試驗得到的安全系數(shù)依次為Bishop法M-P法 Ordinary法 Janbu法,并對工程堆積體邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行評價,其中極穩(wěn)定狀態(tài)11個,穩(wěn)定狀態(tài)2個,基本穩(wěn)定狀態(tài)2個,潛在不穩(wěn)定狀態(tài)1個,敏感性分析排序依次為坡高粘聚力內(nèi)摩擦角坡度重度,坡高敏感性1.505,粘聚力敏感性為1.191。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S157

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2401743