基于散体介质理论的土石混合体边坡降雨诱滑演化机制研究

土石混合体作为土体和岩体的介质耦合体，具有高度的非连续、非均质和各向异性特征，有关土石混合体的现有理论尚不能对这种离散性介质进行描述和概化，也没有合适的试验、理论和数值计算方法，是一个新兴并具有广阔前景的研究领域。土石混合体边坡的破坏大多是由于降雨入渗影响下渗流场和应力场相互作用的结果，但常规分析与设计方法通常把它们隔离开来，不考虑两场之间的相互作用，显然不能反映土石混合体边坡变形破坏的真实情况。因而，对土石混合体边坡流固耦合分析模型及灾变机理的研究具有特殊的理论和实用价值。本申请课题拟在土石混合体渗透性能的室内正交试验及降雨诱发下土石混合体边坡滑移破坏的室内模型试验研究的基础上，采用颗粒离散单元法构建土石混合体边坡失稳的流固耦合力学模型，并结合颗粒流数值模拟对土石混合体边坡在流固耦合作用下的变形演化机制进行分析研究，为今后更加清楚的认识和合理的防治此类滑坡提供科学依据。

土石混合体作为土体和岩体的介质耦合体，具有高度的非连续、非均质和各向异性特征，有关土石混合体的现有理论尚不能对这种离散性介质进行描述和概化，也没有合适的试验、理论和数值计算方法，是一个新兴并具有广阔前景的研究领域。土石混合体边坡的破坏大多是由于降雨入渗影响下渗流场和应力场相互作用的结果，但常规分析与设计方法通常把它们隔离开来，不考虑两场之间的相互作用，显然不能反映土石混合体边坡变形破坏的真实情况。因而，对土石混合体边坡流固耦合分析模型及灾变机理的研究具有特殊的理论和实用价值。. 本项目拟在土石混合体渗透性能的室内正交试验及降雨诱发下土石混合体边坡滑移破坏的模型试验研究的基础上，采用颗粒离散单元法构建土石混合体边坡失稳的流固耦合力学模型，并结合颗粒流数值模拟对土石混合体边坡在流固耦合作用下的变形演化机制进行了系统研究。利用自制的常水头渗透仪，采用正交实验方法，研究了砾石含量、孔隙比和颗粒形状三个因素在不同水平下对土石混合体渗透系数的影响。通过正交试验确定了三种因素对土石混合体渗透系数的影响顺序及各因素的显著性水平。降雨入渗造成土体中孔隙水压力增加，致使边坡土体的抗剪强度由于有效应力的减少及土体吸水软化而降低，降雨入渗的这一双重效应是降雨诱发土石混合体边坡失稳的主要原因之一。考虑流体的可压缩性和土石混合体变形特性，建立了孔隙率n 和渗透系数k 的动态计算模型；针对应力场对土体孔隙率和渗透系数的影响、渗透体积力对应力场的影响进行了量化的分析，建立了土石混合体流-固耦合的数学模型，并根据有限元变分原理，对耦合微分方程组进行空间离散和时间离散，建立了两场的耦合有限元方程组。研究成果为今后更加清楚的认识和合理的防治此类滑坡提供了科学依据。