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灌溉诱发型黄土滑坡离心模型实验和数值分析

来源:期刊网  作者: 宋登艳;   导师: 张茂省;   时间:2018-04-23 14:23:55  点击:

  以甘肃黑方台焦家崖头黄土滑坡作为研究对象,针对以往灌溉诱发型黄土滑坡机理研究中存在的尺寸效应难以克服、地下水运移与斜坡变形破坏相互作用过程和机制不清,以及扰动土对结构性原状黄土的代表性影响等技术难题,采用物理模拟实验和数值模拟分析相结合的手段,进行了黄土滑坡的离心模型实验,模拟再现了滑坡在灌溉工况下的变形破坏过程及其特征,采用了FLAC3D数值模拟软件对滑坡在一定水位工况下进行变形破坏分析,通过两种模拟结果的综合研究,探索了灌溉诱发型黄土滑坡的变形破坏机理,取得的主要成果如下:

  (1)在灌溉工况下进行了重塑黄土和原状黄土的两组离心模型实验,在200g加速度下,离心模型达到了与地质原型相同的应力状态和地下水位,补偿了由于模型缩尺而引起的重力损失,克服了以往通过模型实验对滑坡机理研究中的尺寸效应问题,真实再现了地下水运移与斜坡变形破坏相互作用过程和破坏机制,真实反映了原状黄土模型实验的结构特性。

  (2)根据离心实验各监测数据的分析,各数据间随加速度时程曲线的变化规律和特征比较相似。首先坡顶土体在天然自重力状态作用下超过强度出现塌落,随后坡体裂隙随着加速度增加中出现交替张开与闭合现象,可见土压力和孔隙水压力在增长过程中出现多次回落现象,裂隙导致地下水的入渗和运移加快,因而地下水位逐渐升高,坡体中的土体由非饱和变为饱和状态,土体由于受到渗流和预水软化的作用,其力学性质发生改变,坡体首先由坡脚和坡顶处发生破坏,最终贯穿整个坡体;坡顶主要发生沉降,位移量随坡体的深度增加而减小,在地下水位随加速度增加而升高下,位移沉降加快,随坡体破坏垂直位移达到最大并趋于稳定,侧面位移重塑模型最大发生在坡体中上部,原状黄土模型发生在坡脚位置。

  (3)离心实验过程中,重塑黄土和原状黄土沉降曲线以及应力曲线的变化规律相似,重塑土结构均匀但黄土的结构特性遭到破坏,故曲线变化比较连续但与滑坡现场调查不太吻合,原状黄土具有结构特性,时程曲线在变化过程中出现多次局部突变但与现场调查较吻合。

  (4)分析数值模拟结果,该斜坡的塑性区已基本贯通,处于失稳状态,最大主应力主要集中在坡脚处,该处会出现剪切破坏,顶部最大主应力为拉应力状态,会出现拉张裂隙。最大垂直位移出现在坡顶处,最大总位移出现在坡脚处,剪切破坏主要发生在斜坡黄土的浅层部分。

  (5)结合离心模拟、数值模拟和现场调查结果,第一阶段天然状态下,压制拉裂—崩落,第二阶段有水作用下为剪切滑动机制,综合分析得到该滑坡的破坏机理为压致拉裂--剪切滑动机制。

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