降雨诱发型滑坡实验研究与数值模拟

滑坡灾害是最主要的地质灾害之一，造成了大量的人员伤亡和巨大的 经济损失。统计表明，绝大多数滑坡是由降雨诱发的。降雨入渗会增加近 地表岩土体的含水饱和度，使其容重增大、抗剪强度下降，进而降低坡体稳定性。因此，研究滑坡的降雨入渗过程及土体含水饱和度的时空演化规律具有重要意义。但在实际中，由于坡体岩土的不均匀性和野外观测的复杂性，对降雨入渗过程及含水率时空分布的研究相对较少，目前降雨型滑坡的预测模型多基于滑坡表面的位移监测，缺乏坡体内部强度、湿度等关键物性参数约束。因此，本研究开发了湿度、孔隙压力等多物理量同步观测系统，并基于该系统开展了一维渗流试验和二维滑坡试验，获取了降雨入渗过程中土体含水饱和度的变化，并与数值模拟结果进行对比。本研究旨在探究降雨型滑坡的入渗规律，建立变饱和入渗过程模拟技术体系，获取已知岩土物性的滑坡体在给定降雨速率下坡体内部流体的时空演化特征，为实际野外滑坡监测预警打下理论和试验基础。

首先，本研究基于嵌入式开发，建立了多传感器同步时钟观测的滑坡监测系统，实现了不同深度、不同位置的湿度、孔隙压力等参数的高精度实时测量。所开发的系统具有采样频率可调、传感器兼容性强、可同时本地存储和实时云端传输等优点，达到了室内试验与野外滑坡监测的要求，在一维渗流试验、二维滑坡试验及兰州市皋兰山滑坡监测中得到应用和检验。然后，基于所开发的滑坡监测系统开展了室内一维渗流试验及数值模拟。试验结果表明，降雨在试验土体的入渗过程可分为五个阶段：初始饱和度阶段、初始饱和度向临界饱和度过渡阶段、临界饱和度阶段、临界饱和度向完全饱和过渡阶段、完全饱和阶段。试验结果与数值模拟结果的对比说明，土水特征曲线和渗透系数函数对入渗过程的定量模拟至关重要。基于观测结果，对试验沙土渗透系数函数进行了校正，提出了适合试验沙土的校正项函数。经过观测数据约束校正后，数值模拟结果可以较好地还原降雨入渗过程中土体的含水饱和度与孔隙压时空变化，获取了一维条件 下降雨入渗规律，建立了一维变饱和入渗过程模拟技术体系，同时也证明了试验研究与数值模拟相结合的优势。

最后，开展了二维室内滑坡试验及数值模拟。试验结果表明，水在入渗过程中，会沿着坡体从地势较高处向地势较低处流动，最后在坡脚处汇集。二维滑坡试验所使用沙土和一维渗流试验一致，使用本文提出的校正项函数后，二维滑坡试验数值模拟结果与观测结果具有较好的一致性。通过二维滑坡试验和数值模拟，获取了降雨在坡体的入渗规律，建立了坡体内部流体时空演化模拟技术体系。

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