前期降雨历史对非饱和土边坡稳定性的影响

在分析降雨诱发土质边坡失稳问题时，需要确定由复杂降雨过程导致的土体含水量及其抗剪强度的变化。传统的分析方法没有考虑随着降雨入渗过程土体中发生的含水量增减反复变化的影响，所以不能有效地确定土体水力状态及其强度随着降雨历程的变化过程。本研究旨在建立一种能够追踪和确定随着长期降雨历程土体的水力状态及其抗剪强度变化的理论模型，并提出一种能够有效地考虑前期降雨历史影响的非饱和土边坡稳定性分析方法。具体思路是：利用动态循环土水特征关系来描述毛细滞回和非平衡渗流效应，并建立全新的两相渗流模型，用于有效地追踪土体水力状态随着长期降雨历程的变化过程；将动态循环土水特征关系与非饱和土强度公式结合，建立能反映任意干湿循环历史影响的土强度模型；在此基础上，建立能模拟、追踪在降雨入渗激励下非饱和土瞬态含水量、基质吸力、抗剪强度等参数动态变化过程的数值模型，并提出能够考虑前期降雨历史影响的非饱和土边坡稳定性分析方法。

在分析降雨诱发土质边坡失稳问题时，需要确定由复杂降雨过程导致的土体含水量及其抗剪强度的变化。本研究针对这一问题，将循环土水特征关系与非饱和土强度公式结合，建立能反映任意干湿循环历史影响的非饱和土强度模型；并开展了不同水力路径下非饱和粉质土的抗剪强度试验研究，来验证所提出的强度理论。.以非饱和土的多孔介质多场耦合理论为基础，提出了能够统一描述循环土水特征关系及应力应变关系的非饱和土的本构模型，该模型能够有效地描述在任意含水量变化路径下非饱和土的毛细滞回与土骨架变形的耦合行为；然后开展实验室试验，采用黄河三角洲的粉土作为研究对象，在GDS非饱和三轴仪上进行不同吸力下的三轴固结剪切试验，来验证所提出的耦合本构模型。分析了残余气体对非饱和土行为特性的影响，建立了考虑残余含气量的非饱和土的两相流模型；引入吸应力的概念进一步完善了非饱和土的强度理论。同时将毛细滞回与塑性变形耦合的本构模型推广至三维的情况，使其能够描述一般应力状态下非饱和土的行为特性。.在此基础上，将耦合本构模型和强度理论进行有限元实施，编写计算程序，建立了考虑前期降雨历史的非饱和土边坡稳定性分析数值模型，该模型能够模拟、追踪在降雨入渗激励下非饱和土瞬态含水量、基质吸力、抗剪强度等参数的动态变化过程。.该项目通过三年研究工作的开展，按照项目计划书完成各项内容。考虑了随着降雨入渗过程土体中发生的含水量增减反复变化的影响，建立了一种能够有效地追踪和确定随着长期降雨历程土体的水力状态及其抗剪强度变化的理论模型，并提出一种能够有效地考虑前期降雨历史影响的非饱和土边坡稳定性分析方法。本研究从热动力学基础、唯象本构模型、实验室试验到数值模拟系统地开展对非饱和土特性的研究，不仅考虑理论上的严密性及一致性，同时还注重研究成果的实用性。为全面解决各种环境地质灾害问题提供关键的理论基础，对发展非饱和土力学理论具有重要的意义。共发表（含收录）科技论文26篇，其中SCI收录的杂志论文2篇，其中EI收录的杂志论文12篇，国际会议论文4篇，另外已向SCI源期刊投稿2篇（在审）；实用新型专利2项，1项发明专利已受理。