非饱和土坡变形机理和FRP螺旋锚护坡技术的研究

用室内和现场试验研究非饱和土和FRP的变形和强度特性，以及FRP锚杆与螺旋板在土中的拉拔特性和剪切带，得到非饱和土变形和强度的改进公式，以及FRP螺旋锚抗拔力计算公式，根据监测的基质吸力的变化探求非饱和土坡的失稳机理和评价护坡措施的效果。研制成FRP材料的系列螺旋锚和下锚机，有质轻耐腐和自检抗拔力等特点，用于护坡工程。 2100433B

现有考虑非饱和土坡面降雨入渗的渗流边界条件是基于数学中正交通量的原理所建立的，将降雨量简单机械地按坡面正交方向分解作为入渗的边界条件，但这并不符合非饱和土坡面降雨非正交入渗的现象和机理。.本课题拟通过室内与现场模型试验与实测研究非饱和土坡坡面上降雨的非正交入渗现象和影响因素，揭示非饱和土坡降雨非正交入渗的复杂机理和规律性，建立符合实际坡面降雨非正交入渗规律的非饱和渗流分析边界条件方程。.研究成果具有明确的原始创新性，是对非饱和渗流理论和数值分析方法的新发展，不但可提高非饱和土坡降雨入渗渗流分析的合理性和准确性，而且在非饱和土坡的渗流-变形-稳定性耦合分析等数值分析中具有明确的应用前景，具有很高的实用价值和科学意义。

降雨是导致非饱和土边坡失稳的常见且重要的原因之一。降雨入渗作为土坡的渗流边界条件，是研究非饱和土坡渗流及稳定性状最重要的外界环境因素。鉴于传统的饱和土正交入渗理论并不符合实际降雨非正交入渗实际的事实，本项目开展了非饱和土坡面降雨非正交入渗机理及渗流分析边界条件问题的研究。 采取模型试验与数值分析相结合的技术路线，开展了九十组室内降雨入渗模型试验及三十余组室外大比例尺降雨入渗模型试验，同时进行了大量的基于常规渗流理论以及基于降雨非正交入渗概念的饱和-非饱和渗流有限元数值分析。 主要研究两个方面内容：（1）研究降雨边界非正交入渗的现象和机理。具体研究了降雨特性（降雨强度及历时、降雨模式等）及非饱和土特性（土的类型、孔隙比、饱和度、含水量等）对降雨在非饱和土坡面上非正交入渗机理和规律性的影响；(2) 研究降雨非正交入渗边界条件。在降雨入渗机理和规律性研究的基础上，进一步研究能反映降雨非正交入渗特点的非饱和渗流分析第二类边界条件。 研究工作初步揭示了非饱和土坡面降雨非正交入渗的机理和规律性。研究结果表明，非饱和土坡面的降雨非正交入渗的机理有多种物理力学作用，其中主要的是大孔隙的优先流作用及吸力的去矢量化作用两个方面。研究工作提出了反映非饱和土降雨非正交入渗特点的渗流边界条件多种拟合方法及按不同降雨入渗阶段确定入渗量的处理方法。 降雨非正交入渗机理及边界条件等研究成果具有重要学术价值和工程意义。研究成果为非饱和渗流分析提出符合降雨入渗实际的边界条件，也是对非饱和土渗流理论的新发展。通过考虑降雨非正交入渗问题，可以提高降雨条件下渗流分析结果的合理性，进而提高降雨条件下边坡稳定性预测的准确性。 2100433B