文摘

为了研究雨水的渗透过程,花岗岩残积土边坡渗流的数值模型建立了花岗岩残积土边坡的分析。然后,通过应用降雨边界条件,分析了雨水对边坡的渗流路径降雨入渗条件下的。最后,在雨水渗漏,里面的体积含水量和孔隙水压力变化特性斜率分析,和渗流机制花岗岩残积土边坡的雨水了。结果表明,降雨入渗条件下,表面的斜率逐渐形成饱和区域暂时稳定状态。的饱和区域暂时稳定状态逐渐延伸到内部的斜率,面积逐渐增加,地下水位补给区逐渐形成了脚下的斜率。雨水入渗改变原始边坡的稳定状态,导致了花岗岩残积土边坡两个原分布状态的改变不饱和区和饱和区三种分布状态的暂时稳定饱和区,从上到下不饱和区、和饱和区。边坡监测点的体积含水率与时间的增加逐渐增加,总体布局显示一个“S”形。雨水的渗透,使花岗岩残积土的孔隙水压力逐渐增加,和基质吸力逐渐消失了。特别是,基质吸力的消失在坡脚会导致边坡土体的抗剪强度逐渐减弱,从而影响边坡稳定。

1。介绍

花岗岩残积土是一种特殊的岩石和土壤质量的长期风化花岗岩形成的。世界上广泛分布的花岗岩残积土。交通运输业的快速发展,铁路和公路建设项目,以确保稳定的路线,一些花岗岩残积土通常被发掘,形成大量的路堑边坡工程(1- - - - - -3]。花岗岩残积土具有良好的抗压强度,但其凝聚力很差。每当雨季来了,大量的雨水的渗透进一步削弱了花岗岩残积土的凝聚力,导致边坡滑坡灾害,严重影响交通安全。

granite-disabled土壤边坡为研究对象,国内外学者进行了大量的研究。用花岗岩残积土的工程特性,唐等人用自主研发的抗拉强度测试仪分析了花岗岩残积土的抗拉强度的变化规律与不同含水率在加湿和干燥和澄清了花岗岩残积土的抗压强度在加湿和干燥4]。别名等人分析了花岗岩残积土的抗剪强度的变化规律,通过三轴试验,揭示了形成花岗岩残积土的抗剪强度特征(5]。费雷拉等人分析了循环荷载效应之间的界面凝聚力花岗岩残积土和土工格栅和研究的主要控制荷载频率、振幅和其他影响因素影响界面强度(6]。

在花岗岩残积土边坡稳定方面,杨等人研究了裂缝的发展和形成过程在花岗岩残积土斜坡干湿循环条件下,相信在花岗岩残积土边坡裂缝发育程度与干湿交替的数量正相关。边坡失稳时间已经先进的(7]。郭等人认为,降雨是关键因素导致花岗岩残积土边坡的灾难性事件。因此,改善Mein-Larson模型用于分析变化规律的湿润锋在边坡降雨入渗条件下的8]。埋葬水分传感器,范和钱测量了基质吸力的变化特征和水分含量的花岗岩残积土边坡在降雨。结果表明,降雨入渗变化的分布在花岗岩残积土边坡基质吸力,从而导致边坡稳定性变化,但这种影响与深度的增加逐渐降低(9]。王等人分析了变化规律的湿润锋花岗岩残积土边坡在降雨入渗条件下,提出了一种边坡稳定分析方法考虑时变效应。结果表明,边坡破坏的概率是由位置控制的滑动面10]。魏等人使用数值的组合和实验室模型试验分析了影响不同斜坡和高度的边坡在降雨条件下边坡稳定性,采取人工切坡的花岗岩残积土为研究对象11]。从上述研究可以看出,降雨的关键因素是诱发花岗岩残积土边坡的不稳定。然而,现有的研究成果还不够深,雨水的渗流机理研究花岗岩残积土。

针对这一点,本文以花岗岩残积土路堑边坡为研究对象,着重于降雨因素,并使用数值软件建立渗流模型花岗岩残积土边坡上的雨水。花岗岩残积土边坡的渗流演化特征在雨水入渗进行了深入分析,雨水对边坡的渗流路径澄清,和渗流机制花岗岩残积土边坡上的雨水了。本研究提供了理论参考花岗岩残积土边坡的稳定控制措施。

2。花岗岩残积土边坡的渗流模型

2.1。渗流微分单元的建设

花岗岩残积土具有一定的孔隙度。当雨水渗入到花岗岩残积土边坡的内部,雨水的流动的空隙将打破原saturated-unsaturated边坡稳定状态,从而影响边坡稳定。迁移率的雨水花岗岩残积土边坡可以由达西定律描述(12- - - - - -14]。 在哪里达西速度的雨水渗漏,是饱和渗透系数, 水力梯度的吗Y方向。雨水的渗透过程中花岗岩残积土边坡是一个复杂的流的过程。在正常情况下,水流连续性方程可以用来解决这个问题通过设定边界条件。任何微小的空间单元dxdydz选择在花岗岩残积土边坡建立微分单元斜坡上的雨水渗漏,如图1。从图可以看出1在任何时间,dt,雨水的流入和流出的区别由于重力作用和基质吸力可以表示为这段时间的渗流量。

2.2。水流连续性方程的理论推导

自花岗岩残积土边坡是一个整体结构,雨水渗漏的山坡上是连续的。然后,根据能量守恒原理,水流连续性方程花岗岩残积土边坡上的雨水可以表示如下(15- - - - - -17]: 在哪里n孔隙度和是水的密度。

通过数学变换,公式(2)可以简化

水质的变化渗透进了花岗岩残积土的压缩模量有关花岗岩残积土,和右端公式(3)可以表示为 Γ是土壤的体积压缩模量,Γ吗水的体积压缩模量,u是负孔隙水压力。

在水头花岗岩残积土的渗流微分单元可以表示为 。然后,有

为了进一步简化渗流分析模型,本文不考虑花岗岩残积土的各向异性渗流特征的分析花岗岩残积土边坡上的雨水。

根据水流连续性条件,用达西定律公式(6的偏微分方程),水流连续性花岗岩残积土边坡上的雨水可以获得如下:

2.3。建立渗流模型

本文以花岗岩残积土路堑边坡一侧的铁路为研究对象,研究雨水对边坡的渗流机理。整个开挖边坡的高度16米,开挖是分为两个层次。一级边坡的高度是10米的坡比1:1.75,第二级斜坡的高度是6米的坡比1:1.5。2米宽平台设置在两级斜坡的交集,和具体尺寸如图2。为了模拟地下水位、地下水位高程模型的左侧设置为6米,地下水位在右边设置为3米。为了确保计算时间和准确性,节点网格用于整个模型划分为7076户,共计7286个节点。

合理的边界条件设置能够准确地模拟雨水在花岗岩残积土的渗流特性的斜率。因此,在渗流数值模型,顶部和花岗岩残积土边坡的边坡表面的边界条件设置为降雨入渗和右边的道路结构模型的设置为不透水边界条件。其他边界渗流的数学模型也被设置为不透水边界条件。本文以监控雨水的渗漏特征花岗岩残积土边坡,六个监视点设置在顶部,中间,和底部的两级边坡在1米的深度。同时,为了监控基质吸力的变化规律与海拔山坡上,成立了一个监控部分的顶部二级斜率。

3所示。渗流数值模型计算方案

3.1。花岗岩残积土的物理参数

花岗岩残积土边坡土壤样本选择的站点,花岗岩残积土的饱和体积含水率层在斜率测量相关的实验室测试0.26,剩余体积含水量为0.11。饱和渗透系数为1.91×10⁻⁷cm / s。参数是指的是实地调查获得的数据。花岗岩残积土的具体物理参数如表所示1。

雨水渗透的岩石和土壤的身体主要是通过开展土壤颗粒之间的孔隙,孔隙的大小也影响体积含水量和基质吸力的岩石和土壤的身体。众多研究表明,之间存在着负相关关系在岩石和土壤体积含水量和基质吸力;与逐渐增加,在岩土基质吸力、土壤体积含水量逐渐减少。学习时的渗流机理,雨水在花岗岩残积土边坡,经典的范Genuchten模型被用来适应曲线花岗岩残积土的体积含水量与基质吸力和渗透系数与基质吸力(18- - - - - -20.]。拟合结果如图3和4。

3.2。边坡降雨程序

本文为了研究渗流机制花岗岩残积土边坡上的雨水,降雨年级被选为暴雨,降雨强度为8.7×10⁻⁴mm / s,总持续时间设置为45小时,累积雨量为150毫米。在渗流数值模型如图2、边坡降雨入渗的表2实现了通过应用渗透边界条件。

4所示。渗流模拟计算结果

4.1。边坡体积含水量分布规律

为了分析雨水山坡上的分布规律,云映射体积含水量的花岗岩残积土边坡在不同降雨时间,如图5。我们可以看到在图5,当没有降雨,整个地下水位以下的斜率是地下水位上方的饱和区和非饱和区。当降雨量达到6个小时,雨水从斜坡的表面渗透到内部的斜率。与入渗量逐渐增加,土壤体积含水量的表面积的斜率逐渐增加到饱和状态,导致边坡的表层土壤。一个瞬态稳态饱和区域发生。随着时间逐渐增加,大量的雨水渗漏向下斜率和临时的面积内稳态饱和区域的斜率逐渐增加。当降雨量达到24小时,大量的雨水渗透进了边坡内部收集脚下的一级边坡和渗透补充地下水的水平。当降雨量达到48 h,体积含水量的脚趾斜率达到饱和状态,这就增加了边坡的整体体积密度,削弱土壤的抗剪强度的脚趾的斜率。

4.2。分布规律的湿坡地前面

图6显示了湿润锋的进化规律的花岗岩残积土边坡降雨入渗条件下的。我们可以看到在图6早期的降雨,雨水的渗透进了花岗岩残积土边坡,边坡的土壤颗粒表面上逐渐充满了雨水和逐渐形成一个与边坡内的干土临界表面,也就是说,湿润锋。湿润锋的总体趋势是沿着山坡分布。随着时间逐渐增加,湿润锋逐渐延伸到内部的斜率。当降雨入渗的数量达到一定水平,湿润锋曲线将逐渐形成一个凹形分布脚下的边坡和地下水位补给区会逐渐形成脚下的斜率。

4.3。在监测点体积含水量的变化规律

为了分析节点的体积含水量的变化规律,在坡度条件下的雨水渗漏从微观的角度来看,六个特征监视点的含水量是选择分析渗流特征的雨水花岗岩残积土边坡在降雨。图7显示体积含水量的变化规律的六个监视点的边坡降雨入渗条件下的。我们可以看到在图7,6个监视点的体积含水量逐渐增加到饱和状态持续时间的增加,总体布局显示一个“S”形。体积含水量的增加率的顶部两级最大斜率和体积含水量的增加率脚下的斜率是最小的。含水量的增加率相应的监视点二级斜坡上是不同的。6监视体积含水量的增加率如下:监控点>监测点d >点f >监控点c >监视点e > b点。这是因为边坡表面的连续入渗雨水,毛孔花岗岩残积土的监视点逐渐充满了雨水和体积含水量逐渐增加。自从第二级边坡降雨入渗也生产,监视点的体积含水量位于顶部的二级斜率增长率最高。因为大量的雨水浸润平台,降雨将会有比其他地方。因此,体积含水量的增加率的监视点d顶部的一级斜率和以下平台是仅次于监视点。因为雨水山坡上受到重力和基质吸力的联合行动,渗流方向将遵循斜率。因此,体积含水量监测b点位于中间的一级斜率是最小的。

4.4。虽则孔隙水压力变化规律

在降雨过程中,孔隙水压力的监测部分被选中来分析渗流特征的花岗岩残积土边坡上的雨水。图8显示了孔隙水压力的变化规律的监测部分花岗岩残积土边坡降雨入渗条件下的持续时间。我们可以看到在图8在初始状态,土壤的孔隙水压力低于地下水位基本上是积极和土壤的孔隙水压力高于地下水位基本上是负面的。随着海拔高度的增加,土壤孔隙水压力逐渐降低,表明土壤基质吸力逐渐增加。早期的降雨,雨水逐渐渗入坡面土壤颗粒之间的孔隙的斜率逐渐充满了雨水,导致逐渐减少土壤基质吸力和孔隙水压力的逐渐增加。随着时间逐渐增加,大量的雨水浸润到边坡的内部,导致暂时稳定饱和区表层土壤的斜率。随着雨水的不断渗透,暂时稳定饱和区逐渐延伸到内部的斜率和面积逐渐增加。因此,降雨入渗条件下,原来的不饱和area-saturated边坡从上到下的区域分布状态发展到一个临时稳定状态的饱和area-unsaturated area-saturated面积分布状态。

5。结论

(1)降雨入渗条件下,雨水渗透表面积的斜率,逐渐形成一个临时稳定饱和区域面积的斜率。雨水的不断渗透,暂时稳定饱和区域逐渐延伸到里面的坡,面积逐渐增加,地下水位补给区逐渐形成了脚下的斜率。(2)条件下的雨水渗漏,花岗岩残积土边坡的变化的两个原分布状态不饱和区和饱和区暂时稳定状态的饱和区和三种分布状态的不饱和区和饱和区从上到下。(3)在降雨过程中,体积含水量的二级花岗岩残积土的斜率增加最快的顶部和最慢在中间。边坡监测点的体积含水量与持续时间的增加逐渐增加,总体布局显示一个“S”形。(4)雨水的渗透引起的毛孔花岗岩残积土颗粒填充,土壤孔隙水压力逐渐增加,基质吸力逐渐消失。特别是,基质吸力的消失在斜坡的脚趾会导致边坡土体的抗剪强度逐渐减弱,从而影响边坡稳定。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者承认收到支持的主要科研项目计划河南省高校项目铁路路基使得智能识别方法,使得基于探地雷达(批准号22 a580007)、科学研究和发展计划,中国铁路郑州集团有限公司有限公司(批准号2022 g3),铁路路基安全应急技术创新和示范团队郑州铁路职业技术学院(批准号21 kjcxtd02)。