降雨在山谷型古冰水堆积体中非线性入渗过程及其对稳定性影响的时间效应

How does the rainfall infiltration affect the deposits stability? It is an ancient and complicated issue, special for the ancient flucvio-glacial sediment which is located in the valley of River, Southwest China. Failure of these deposits might cause fatalities and economic losses due to the huge volumes. In this project, these deposits' engineering geological characteristics such as structure characteristics, sedimential characterisitics, cement characters and physical mechanical properties would be investigated and tested. And many methods including physical simulation, test and theory analysis would be carried to study the effects on the transient seepage fields, stress fields, strain fields and physical mechanical properties of these deposits due to rainfall infiltration, and the relations to time. And the transient seepage fields, stress fields and strain fields would be coupled to study the characteristics of deposits stability which are diversified by time during rainfall infiltration period. Based on these studies, the evaluation method for transient stability of these deposits considering the time effect of rainfall infiltration would be carried out. The study results of this project would be applied in some pertinent engineering.

降雨对堆积体稳定性的影响是一个古老而复杂的问题，尤其对于西南河谷地带广泛分布的古冰水堆积体，降雨往往成为诱发其失稳破坏的主要因素之一,因其规模巨大，一旦失稳将可能给当地居民的生命财产安全带来显著。本课题拟在对古冰水堆积体包括结构特征、沉积特征、胶结情况、基本物理力学性质等在内的工程地质特性广泛调查和试验分析的基础上，从分析降雨在堆积体中非线性入渗机理入手，采用物理模拟、室内外试验、理论分析等综合手段，探索降雨过程对堆积体瞬时渗流场、应力场、应变场、物理力学性质的影响及其与时间的关系，进而采用瞬时渗流－应力－应变等多场耦合的方法，探索降雨过程中堆积体稳定性的变化特征及其与时间的关系和规律，建立考虑降雨时间效应的堆积体稳定性评价方法，以期为相关工程建设提供理论支持和参考。

降雨对堆积体稳定性的影响是一个古老而复杂的问题，对于西南河谷地带广泛分布的古冰水堆积体，降雨往往成为诱发其失稳破坏的主要因素之一。本课题在对古冰水堆积体工程地质特性广泛调查和试验分析的基础上，采用物理模拟、室内外试验、理论分析等综合手段，对冰水堆积体的非线性渗透特性，堆积体中局部粗颗粒富集、裂隙发育和下伏隔水层等结构不均性对降雨入渗的影响，以及降雨过程中堆积体稳定性随时变化的特性展开了较为深入的分析和研究，得出了以下主要成果。1、西南地区古冰水堆积体多由巨粒和粗粒组成，具有一定程度的成层性、结构密实，整体上粗颗粒、巨颗粒物质往往构成了堆积体的主体骨架，细颗粒物质常以“基质”的形式充填于骨架之间；2、当水力梯度较小时冰水堆积体渗流曲线符合Darcy law，当水力梯度较高时（J>0.5-0.7），冰水堆积体表现出比较明显的非线性渗流特点，此时采用Izbash 提出的幂函数渗透方程进行拟合可以得到较好结果，幂函数指数m约0.6-0.7。冰水堆积体的渗透破坏临界坡降一般在1.1-1.5之间；3、降雨在裂隙发育型堆积体中的入渗过程可分为四个阶段：完全入渗、裂隙局部强烈下渗、补偿加速入渗和水平侧渗；4、降雨在局部粗颗粒富集型堆积体中的入渗也可分为四个阶段：浸润阶段、浅层加速入渗、不均匀入渗和侧渗-饱和阶段；5、局部粗颗粒富集对降雨入渗的影响节理可概括为：由于粗颗粒土的高导水性，汇集与粗颗粒区的地表降雨和径流水一方面可以为周围土壤的渗透提供稳定的水源，另一方面形成的高孔隙水压力，增大了水力梯度，使得雨水向周围土体扩散得以加强；6、裂缝是影响降雨入渗的一个关键因素，它可以为更多的降雨快速渗透到深层土壤中提供优先路径，并使堆积体中的湿润锋更快地向下移动；7、渗透性较低的下伏隔水层是影响降雨入渗另一个重要因素，它可能导致渗入水积聚在隔水层以上，形成高孔隙水压力，从而诱发堆积体失稳破坏。