冻融作用下黄土崩塌灾害形成的机理研究

摘要

黄土崩塌是西北黄土高原地区最常见、最严重的一种地质灾害。黄土是一种第四纪松散沉积物，在特殊的气候条件下形成的，具有大孔隙、垂直节理发育等特殊性质，黄土斜坡在冻融作用、切坡卸载、降雨等外在触发因素作用下崩塌灾害频繁发生。我国陕北黄土地区位于季节性冻土区，最低温度-20℃；受冻融作用影响，黄土内部节理裂隙不断发展演化，同时也出现新的损伤；随着冻融循环的不断发展，黄土物理力学性质不断劣化，导致潜在崩塌体稳定性不断降低，在重力、降雪入渗或其他因素共同的作用下导致崩塌的形成。因此开展冻融作用下黄土崩塌灾害形成的机理研究，对黄土地区防灾减灾的理论与实践具有重要的指导意义。
　　本文首先对陕北延安市黄陵县地区的黄土崩塌类型进行调查研究，调查得出倾倒式黄土崩塌和滑移式黄土崩塌是陕北地区最常见的两种黄土崩塌形式，对导致黄土崩塌的主要因素进行归纳总结，发现冻融作用是黄土崩塌一个重要的因素；在冻融作用下对黄土土样表观和细观节理裂隙进行观察研究，得出冻融作用对裂隙扩展的规律；然后利用GDS非饱和三轴仪模拟不同冻融条件下黄土体的应力路径，并借助电镜扫描仪观察冻融前后土样内部微观结构的变化，探讨黄土体节理裂隙扩展的影响因素及扩展机理，为冻融作用下黄土崩塌灾害的形成提供试验基础；利用Midas GTS软件对黄土边坡形成崩塌机理进行数值模拟分析。研究表明：由于黄土边坡的开挖，坡体内垂直节理裂隙不断地扩张，降雪融化的入渗使裂隙进一步加剧形成拉张裂隙，在冻结的作用下产生的冻胀力使得黄土体工程性质劣化，降低了土体的抗剪强度，导致黄土边坡发生塑性变形，最终形成黄土崩塌灾害。认为冻融作用是季节性冻土地区黄土崩塌形成的一个主要因素。