不同雨强下黄土边坡降雨入渗测试与分析

潘俊义 侯大勇 李荣建 朱桥川 魏颖琪 张真

潘俊义, 侯大勇, 李荣建, 朱桥川, 魏颖琪, 张真. 2018: 不同雨强下黄土边坡降雨入渗测试与分析. 工程地质学报, 26(5): 1170-1177. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2018042
引用本文: 潘俊义, 侯大勇, 李荣建, 朱桥川, 魏颖琪, 张真. 2018: 不同雨强下黄土边坡降雨入渗测试与分析. 工程地质学报, 26(5): 1170-1177. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2018042
PAN Junyi, HOU Dayong, LI Rongjian, ZHU Qiaochuan, WEI Yingqi, ZHANG Zhen. 2018: RAINFALL INFILTRATION TEST AND ANALYSIS OF LOESS SLOPE UNDER DIFFERENT RAINFALL INTENSITIES. JOURNAL OF ENGINEERING GEOLOGY, 26(5): 1170-1177. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2018042
Citation: PAN Junyi, HOU Dayong, LI Rongjian, ZHU Qiaochuan, WEI Yingqi, ZHANG Zhen. 2018: RAINFALL INFILTRATION TEST AND ANALYSIS OF LOESS SLOPE UNDER DIFFERENT RAINFALL INTENSITIES. JOURNAL OF ENGINEERING GEOLOGY, 26(5): 1170-1177. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2018042

不同雨强下黄土边坡降雨入渗测试与分析

doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2018042
基金项目: 

西安长庆科技工程有限责任公司项目 CTEC(2016)Z-KY-003

陕西省黄土力学与工程重点实验室项目 14JS064

详细信息
    作者简介:

    潘俊义(1981-), 男, 工程师, 注册岩土工程师, 现从事岩土工程勘察设计工作.Email:36917626@qq.com

    通讯作者:

    李荣建(1969-), 男, 教授, 博士生导师, 主要从事黄土力学、岩土工程抗震与边坡工程等方面的研究工作.Email:lirongjian@xaut.edu.cn

  • 中图分类号: TU43

RAINFALL INFILTRATION TEST AND ANALYSIS OF LOESS SLOPE UNDER DIFFERENT RAINFALL INTENSITIES

  • 摘要: 黄土边坡的失稳问题是岩土工程中迫切需要解决的工程难题之一。首先,选取陕北黄土边坡为研究对象,开展4种雨强条件下的野外人工模拟降雨试验,通过测试边坡两侧开挖隔离槽并埋设隔离布从而改进测试边坡两侧的边界条件,实测不同雨强条件下边坡浸水深度以及土体含水率变化;然后分析不同雨强条件下降雨入渗过程和边坡应力变化特征,并比较不同雨强条件下入渗规律之间的差异。试验结果表明,不同雨强条件下的黄土边坡入渗深度均呈现坡脚最深、坡顶次之、坡中最浅的规律,入渗速率则是坡顶最快,其次是坡脚,最后是坡中;且随着深度的增加,雨水入渗能力逐渐减弱。随着雨强的增大,同一埋深处测点的体积含水率及土压力变化幅值变大,且含水率及土压力突变时间相应缩短,边坡的冲刷效果愈加明显。最后基于Geo-studio软件进行渗流分析,验证了现场试验结果的正确性,明晰了雨强对黄土边坡降雨入渗的影响。
  • 图  1  降雨装置

    a.降雨装置实物图;b.雾化微喷头

    Figure  1.  Artificial rainfall device

    图  2  传感器埋深图(单位:m)

    a.小雨;b.中雨;c.大雨;d.暴雨

    Figure  2.  Sensors buried depth map(unit: m)

    图  3  测试边坡中边界设置的三维示意图

    1.自然边坡;2.测试边坡平台;3.测试边坡斜坡;4.隔离槽;5.隔离布;6.回填土

    Figure  3.  Three-dimensional schematic diagram of boundary setting in the test slope

    图  4  含水率随时间的变化关系图

    a.小雨;b.中雨;c.大雨;d.暴雨

    Figure  4.  Diagram of the change of moisture content over time

    图  5  不同雨强条件下土压力变化图

    a.小雨;b.中雨;c.大雨;d.暴雨

    Figure  5.  Variation of soil pressure under different rainfall conditions

    图  6  不同雨强条件下的典型试验现象

    a.小雨;b.中雨;c.大雨;d.暴雨

    Figure  6.  Typical experimental phenomena under different rainfall conditions

    图  7  边坡有限元网格及边界设置

    Figure  7.  Finite element mesh and boundary setting of slope

    图  8  暴雨条件下不同时刻坡体体积含水率分布图

    a.初始时刻;b.降雨24 h;c.监测36 h

    Figure  8.  The water content distribution of slope volume at different time under heavy rainfall conditions

    图  9  小雨雨强下埋深20 cm的体积含水率变化曲线

    Figure  9.  The volumetric moisture content curve of 20 cm deep under small rainfall conditions

    表  1  实验黄土物理性质

    Table  1.   Physical properties of loess

    干重度
    γd/kN·m-3
    天然含水率
    w/%
    孔隙比
    e
    渗透系数
    k/10-6m·s-1
    塑性指数
    Ip
    13.20 3.50 1.02 5.72 10.01
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    表  2  黄土土-水特征曲线参数

    Table  2.   Soil-water characteristic curve parameters of loess

    模型参数 Van Genuchten
    a 12.92
    n 1.68
    m 0.38
    R2 0.956
    饱和含水率θs/% 46.2
    残余含水率θr/% 2.7
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    表  3  渗透系数函数属性

    Table  3.   Properties of the osmotic coefficient function

    土体性质 粉质黏土
    饱和渗透系数/m·s-1 5.72e-006
    孔隙比 1.02
    进气值/kPa 17.3
    残余含水率θr/% 2.7
    渗透系数估计方法 Van Genuchten
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-04-20
  • 录用日期:  2018-07-19
  • 刊出日期:  2018-10-25

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