黄土滑坡触发机理研究——以泾河下游南岸黄土塬区滑坡为例

摘要

作为陕西省新兴经济区和重点水利项目的核心地带,泾河下游南岸黄土塬区滑坡频繁发生,曾造成严重的人员伤亡和经济财产损失,极大地制约着当地的经济发展和重点水利工程建设。本文以黄土滑坡的触发机理为主旨,通过现场实地调查,对区内黄土滑坡的发育类型、形成条件、分布规律进行了总结、分析;通过室内试验及数值技术,对不同触发条件下黄土力学行为和斜坡变形破坏规律进行了较系统的研究;并通过定量分析,刻画了造就区内滑坡发育特征的特殊控滑机理;最后以上述宏微观分析为基础,对黄土滑坡的触发机理进行了系统、深入的探讨。主要获得以下结论:
　　⑴研究区黄土滑坡可分为灌溉流滑型黄土滑坡、灌溉滑动型黄土滑坡、侧蚀滑动型黄土滑坡、侧蚀滑塌型黄土滑坡和开挖垮塌型黄土崩塌5个类型。其中灌溉触发型是研究区发生频次最高、致灾后果最为严重的滑坡类型;侧蚀滑塌型具有滑体厚、潜伏期长等特点,一但滑动,将堵塞河道,严重影响沿线水利项目的正常运营。
　　⑵研究区黄土滑坡在时间上具有数量逐年增长、春季高发的分布特征,在空间上具有群集性和分异性的分布特征。此外,灌溉触发型黄土滑坡还表现出多期性的时空特征。
　　⑶常规三轴剪切试验(CTC)结果表明:研究区Q2黄土试样表现为应变软化特征;随着试样含水量的增高,其抗剪强度会显著降低;试样在高偏应力水平下易因体缩效应产生较高的孔隙水压力;通过对p′-q′平面中稳态线和破坏面的拟合,确定了液化可能发生的潜在不稳定区。
　　⑷常剪应力三轴排水剪切试验(CSD)结果表明:该应力路径下土体的破坏机制为孔压激增造成的不完全排水剪切破坏;可按照应力应变特征将其破坏过程分为增压蠕动和液化剧动两个阶段;当孔压水平接近0.70时试样易发生液化。
　　⑸减围压三轴剪切试验(RTC)结果表明:该应力路径下土体的破坏机制为围压降低造成偏应力持续增大土体发生压制破坏;该应力路径下试样同样表现为应变软化特征,但其抗剪强度远低于CTC试验结果,说明应力路径对土体的本构关系影响显著;在不排水条件下围压水平接近0.55时试样易发生破坏。
　　⑹三轴固结不排水蠕变试验结果表明:偏应力越大、加载级数越多、含水量越高、试样蠕变变形越明显;试样在低应力水平下呈线性蠕变特性,随着应力的增大非线性蠕变特性逐渐显著;自建经验模型的适用性是一种具有公式简单、参数易获取优势的较为理想的蠕变经验模型;5元件广义Kelvin模型能够准确表现黄土衰减蠕变中线性粘弹性特点。
　　⑺FLAC3D数值模拟试验结果表明:①灌溉触发型黄土滑坡是一种滑体薄、剪出口近水平的牵引式滑坡。水位持续上升致使斜坡坡脚饱和黄土层增厚,坡脚土体抗剪强度不断降低,是该类滑坡发生的根本原因;②侧蚀触发型黄土滑坡是一种厚度大,后缘滑面陡直,前缘深层剪出的牵引式滑坡。河流侧蚀不断改变斜坡形态,致使斜坡坡脚应力集中且缺乏侧向支撑,是该类滑坡发生的根本原因;③自定义蠕变模型较M-C模型促滑效应显著,体现在蠕变时间越长、水位越高、侧蚀越深斜坡的变形破坏特征越显著。
　　⑻研究区黄土滑坡具有个性与共性共存的发育特征,受控滑因素影响显著,主要表现在滑动距离受液化程度控制、滑坡类型受地貌分异控制、群集发育受成生关系控制3个方面。
　　⑼结合力学试验和数值分析结果较为深入地探讨了黄土滑坡的触发机理并提出了灌溉触发黄土滑坡的静态液化失稳机制、侧蚀触发黄土滑坡的蠕滑拉裂失稳机制以及基于蠕变的强度损伤促滑机制。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1绪论

1.1选题依据及研究意义

1.2研究现状

1.3研究内容与创新点

1.4本文技术路线

2区域地质环境背景

2.1研究区位置

2.2气象水文

2.3地形地貌

2.4地层岩性

2.5水文地质

2.6新构造运动与地震

2.7人类工程活动

3黄土滑坡类型与分布规律

3.1黄土滑坡类型

3.2黄土滑坡分布规律

4黄土滑坡触发机理试验研究

4.1引言

4.2黄土的基本性质

4.3常规三轴剪切试验

4.4常剪应力三轴排水剪切试验

4.5减围压三轴剪切试验

4.6三轴固结不排水蠕变试验

5黄土滑坡触发机理数值模拟研究

5.1FLAC3D基本原理

5.2数值模拟方案

5.3数值模拟结果与分析

6黄土滑坡触发机理研究

6.1发育特征与控滑效应研究

6.2黄土滑坡触发机理

7结论与展望

7.1初步结论

7.2进一步研究展望

参考文献

攻读学位期间取得研究成果

致谢