重慶地區(qū)極端氣候?qū)Ψ秋柡屯廖锢砹W(xué)性能的影響規(guī)律研究.pdf

1、近年來，極端氣候事件頻發(fā)，給國家、社會帶來巨大的生命、財(cái)產(chǎn)損失，為了提高我國重要線性工程在極端氣候條件下的抗災(zāi)能力，并填補(bǔ)我國非飽和土工程在應(yīng)對極端氣候事件方面設(shè)計(jì)和施工水平相關(guān)領(lǐng)域的空白，本文依托于重慶市教委科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(KJ120407)，以重慶實(shí)測氣象數(shù)據(jù)為邊界條件、實(shí)地取樣土工實(shí)驗(yàn)結(jié)果為參數(shù)依據(jù)，采用數(shù)值模擬方法將極端氣候與非飽和土路基邊坡進(jìn)行水-熱-力三場耦合，探尋非飽和土路基邊坡對極端氣候作用的響應(yīng)，并對非飽和土體的物理

2、力學(xué)參數(shù)變化進(jìn)行了分析。主要結(jié)論如下:
　　1.以1950～2013年重慶地區(qū)氣象數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用百分位法確定重慶地區(qū)極端氣候閾值、提取極端氣候指標(biāo)，分析各極端氣候指標(biāo)的強(qiáng)度、頻率特征，并根據(jù)年際震蕩周期預(yù)測未來趨勢。結(jié)果表明:
　?、僦貞c地區(qū)近64年的年平均氣溫整體呈小幅上升趨勢，降水量以微弱趨勢增長，并在年際間呈現(xiàn)出明顯的旱澇交替特征;
　?、诔藰O端低溫指標(biāo)中極端低溫日數(shù)呈下降趨勢外，其余極端低溫指標(biāo)以及極端高溫

3、指標(biāo)、極端降水指標(biāo)均呈增長趨勢;
　?、畚磥淼囊欢螘r(shí)期重慶地區(qū)極端高溫與極端降水等極端氣候事件發(fā)生頻數(shù)將增多。
　　2.基于對1300～2013年重慶地區(qū)滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷及地面裂縫等五種地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻次的統(tǒng)計(jì)，分析了氣溫波動與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻次在不同時(shí)間尺度上的時(shí)域特征及極端氣候?qū)Φ刭|(zhì)災(zāi)害的影響。結(jié)果表明:
　?、僭诎倌觌H和年代際時(shí)間序列中，重慶地災(zāi)頻數(shù)與氣溫波動在相同時(shí)域內(nèi)具有同步性，即地質(zhì)災(zāi)害高（低）發(fā)期

4、對應(yīng)著氣候升（降）溫期;
　?、跇O端高溫事件與極端降水事件的年際疊加效應(yīng)加劇次年地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，極端低溫事件與極端降水事件的年內(nèi)疊加效應(yīng)抑制當(dāng)年地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，極端高溫與極端干旱在年內(nèi)、年際疊加效應(yīng)均抑制地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生;
　?、蹣O端降水在較短時(shí)期促使地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，極端氣溫在較大作用時(shí)間尺度上抑制或促進(jìn)地災(zāi)的發(fā)生。
　　3.以1950～2013年重慶地區(qū)極端氣候閾值為邊界條件、室內(nèi)土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)為參數(shù)、采用Geo-Stud

5、io巖土分析軟件對極端氣候作用下非飽和土路基物理力學(xué)場進(jìn)行濕-熱-力三場耦合數(shù)值模擬，分析了極端氣候作用下非飽和土體的物理力學(xué)參數(shù)變化規(guī)律。結(jié)果表明:
　　①極端高溫蒸發(fā)作用下，非飽和土體的土溫整體呈現(xiàn)隨氣溫升高而增大、隨深度增加而減小的規(guī)律;其中，土溫日變化與日氣溫的變化趨勢大體相同;土溫的季變化呈現(xiàn)不同季節(jié)性特征，夏季隨著深度逐漸降溫、冬季隨著深度逐漸增溫、春、秋季在土層某深度處出現(xiàn)暖層，并由該層分別向土體表面、深層逐漸減小;

6、
　?、诓煌瑴囟茸饔孟?，非飽和土土體抗剪強(qiáng)度總體上隨著溫度的升高、溫度持時(shí)的增加而提高。在作用溫度為10℃～50℃范圍內(nèi)，粘聚力c在0h～48h線性增加，在168h后基本達(dá)到穩(wěn)定，增長幅度約為20％;土體的摩擦角ψ在0h～12h內(nèi)、任一溫度下均呈線性增加的趨勢，12h后隨著時(shí)間的推移沒有發(fā)生明顯的變化;
　　③不同降雨強(qiáng)度作用下，非飽和土土體抗剪強(qiáng)度整體上隨著降雨強(qiáng)度的增加而持續(xù)下降，在不同降雨強(qiáng)度范圍內(nèi)的下降速率不同。降雨

7、強(qiáng)度在50mm/d～120mm/d范圍內(nèi)的土體抗剪強(qiáng)度下降速率大于降雨強(qiáng)度為120mm/d～180mm/d范圍內(nèi)的下降速率;
　　④不同降雨強(qiáng)度作用下，非飽和土路基邊坡安全系數(shù)整體上隨著降雨強(qiáng)度的增加呈下降趨勢，但在不同降雨強(qiáng)度范圍內(nèi)呈現(xiàn)出先降低、后增加的特征。其中，安全系數(shù)在降雨強(qiáng)度為50mm/d～280mm/d范圍內(nèi)時(shí)呈現(xiàn)下降特征并在局部出現(xiàn)劇烈震蕩的現(xiàn)象，在降雨強(qiáng)度為280mm/d～360mm/d范圍內(nèi)時(shí)小幅度增長;

8、　?、莶煌瑵B流持時(shí)下，非飽和土路基邊坡安全系數(shù)整體上隨著滲流持時(shí)的增加呈下降趨勢，但在不同滲流持時(shí)范圍內(nèi)呈現(xiàn)出先降、后增、再降，最后趨于穩(wěn)定的特征。其中，在滲流作用1d～3d時(shí)域內(nèi)，坡身表層土體主要受坡頂?shù)乇韽搅饔绊?，由非飽和土轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡屯粒柡退痪€隨著時(shí)間推移由邊坡表層向土體深處轉(zhuǎn)移，坡腳地下水位逐漸抬升，安全系數(shù)直線下降;在滲流作用4d～7d時(shí)域內(nèi)，坡身表層土體主要受坡體內(nèi)部滲流作用影響，由飽和土轉(zhuǎn)變?yōu)榉秋柡屯粒踩禂?shù)小幅度增長

9、;在滲流作用8d～56d時(shí)域內(nèi)，安全系數(shù)以線性趨勢緩慢下降，57d后趨于穩(wěn)定;
　?、迒未胃蓾裱h(huán)條件下，降雨與蒸發(fā)兩者互相制約，路基土的影響范圍約為1.2m;反復(fù)干濕循環(huán)條件下，降雨與蒸發(fā)互相促進(jìn)，使路基土的影響范圍加深，反復(fù)循環(huán)5次后影響深度在約6.3m處趨于穩(wěn)定;
　?、咴谕壌怪眽毫ψ饔孟拢秋柡屯恋目辜魪?qiáng)度隨著基質(zhì)吸力的增大而增大、隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加而衰減，在反復(fù)循環(huán)5次后趨于穩(wěn)定，其中，粘聚力c衰減幅度約為4