三峡千将坪滑坡滑动带土的非饱和蠕变模型

为定量研究降雨和库水位变动情况下的滑坡蠕滑变形特性，进行了三峡千将坪滑坡滑带土的非饱和三轴排水蠕变试验研究，得出了该滑带土在相同净围压，不同基质吸力下的一组蠕变曲线，在此基础上，类比Singh-Mitchell及Mesri蠕变模型的建模思想，并根据试验曲线自身的特点，给出了适合该滑动带土的非饱和蠕变模型，即剪应力-应变关系采用幂次函数，应变-时间关系采用双曲线函数。拟合结果表明，该模型能够较好地拟合试验曲线，为预测滑坡在库水或降雨作用下的长期稳定性提出了参考意见。     

基于非饱和土力学的地质灾害灾变机制探讨

随着全球灾害性气候加剧,工程建设活动中与非饱和土力学有关的地质灾害问题也日益突出,主要表现为如下4个方面:胀缩性、稳定性、流动性和对围护结构影响。基于非饱和土力学理论和已有研究,分析总结和探讨了地质灾害的灾变机制,认为降雨致使膨胀土含水量增大,基质吸力减小,土粒间作用力下降,膨胀应力超过基质吸力的束缚作用,胀缩变形引发地质灾害;降雨入渗引起斜坡土体基质吸力降低,导致岩土体强度以及稳定性下降引发崩滑灾害;泥石流灾变过程即降雨时物料从非饱和状态转变为超饱和状态的过程,基质吸力在此过程中起到了"催化剂"作用;基质吸力变化会引起非饱和土体应变和位移,由此与围护结构产生相互作用,且其力学性态的变化及大小与基质吸力衰减速度密切相关。     

含水量对滑带土强度变形参数及滑坡稳定性的影响

滑带土含水量的变化对其强度和变形参数有较大影响,并且影响滑坡稳定性,三峡库区涉水滑坡受库水位变化与降雨影响,滑带土含水量处于不断变化中。以三峡库区万州区三舟溪滑坡滑带土为例,运用非饱和土力学理论,分析土体抗剪强度指标与含水量之间的关系;采用不排水快剪试验、压缩试验、X射线衍射分析及电镜扫描技术,揭示滑带土的矿物组成和微观结构,不同含水量滑带土的抗剪强度指标及边坡稳定性变化规律。结果显示:滑带土含有大量的蒙脱石粘土矿物,具有较强的亲水性,矿物具有明显的定向排列,矿物间微裂隙和微孔隙发育;含水量的变化对滑带土的抗剪强度、变形模量、稳定性影响较为敏感,以最优含水量为分界点,随着含水量的增大,粘聚力c先增大后减少,内摩擦角φ先缓慢减少后快速降低,变形模量先快速降低后缓慢减少,边坡稳定性系数先增大后减少,潜在滑动面位置先变深后变浅。研究结果对滑坡稳定性研究及治理工程设计具有指导意义。     

三峡库区高陡危岩软弱基座力学特性研究——以望霞危岩炭质页岩基座为例

对三峡库区巫峡望霞危岩软弱基座炭质页岩样品进行X射线衍射与SEM扫描电镜分析,结果表明矿物成分中蒙脱石、云母、绿泥石含量较高,这些层状结构硅酸盐矿物具有高吸水性与易滑性特点;岩溶区地表碱性环境下蒙脱石和云母向绿泥石转化,岩石抗剪强度低,易发生滑动导致危岩体失稳。使用RMT-150C岩石力学试验系统进行不同围压下炭质页岩三轴压缩试验,通过一元线性回归分析方法获取了炭质页岩强度参数粘结力c=200 k Pa、内摩擦角φ=29.9°;对岩石屈服强度、峰值强度、残余强度与围压数据进行回归分析获得线性控制方程,建立了炭质页岩应力-应变全过程曲线,结果表现出压密、弹性变形、应变软化、塑性流动4个阶段。     

滑坡与降雨关系研究展望

简要介绍了降雨和滑坡在时间上和空间上的分布规律,并在此基础上浅析了滑坡与降雨量、降雨强度、降雨形式之间的关系,以及降雨对滑带土强度参数的影响,最后对滑坡与降雨关系的进一步研究进行了展望。     

降雨诱发顺层岩质及土质滑坡动态预警力学模型

对于降雨诱发的顺层岩质滑坡,当滑坡后缘有裂隙存在时,水通过裂隙渗入坡体内部导致滑带土的软化和抗剪强度减小,同时,由于裂隙水的静水压力以及扬压力的影响,滑坡体稳定性随降雨而动态变化;对于降雨诱发的土质滑坡,坡体的增重和滑面的抗剪强度降低使滑坡体稳定性不断变化。通过考虑岩质滑坡后缘裂隙静水压力、扬压力、滑面软化的动态变化过程以及土质滑坡浸润面高度、软化作用的动态变化过程建立了这两类滑坡的稳定性系数预警模型,并验证了模型在顺层岩质滑坡中的准确性。     

非饱和黄土土水特征及其强度指标

以多种理论模型对非饱和土三轴仪实测数据进行了拟合评价;并在此基础上,引入非饱和土最新理论,反演和解析了土体脱湿与吸湿条件下的边界土-水特征曲线、渗透系数函数以及吸应力特征曲线;进一步从强度本构入手,结合不同基质吸力的三轴剪切试验结果,探究了基于吸应力的强度特性。研究结果表明:非饱和土三轴仪所测数据点及其三种模型拟合曲线均落在水力边界曲线(SWCC、HCF、SSCC)范围之内,表明了试验结果的正确性和合理性,以及非饱和土中水分的能量和数量的关系因路径差异而具可变性,即基质吸力不再是含水率的单值函数,而是一个范围体系;同时采用吸应力特征曲线的统一有效应力原理来描述土体在非饱和条件下的抗剪强度性质是合理的、普遍有效的,并且验证了土体处于饱和或者无基质吸力时,吸应力不为零,此时的吸应力对应的是土体在剪切破坏时的表观粘聚力这一结论。     

基于GDS的非饱和土强度三轴试验研究

由于吸力的影响,非饱和土的力学性状与饱和土有着很大的差异。文章应用GDS三轴仪来研究某高心墙堆石坝填料非饱和土的强度特征。结果表明:此填料非饱和土的强度在低吸力范围内,与吸力基本呈线性增长关系。验证了非饱和土的双变量强度理论的适用性;并得到了非饱和土抗剪强度参数φb约为10.1°。     

降雨作用下基于电导性能的土坡基质吸力时空变化试验研究

降雨作用下土坡基质吸力随时空而变化,直接影响土坡的瞬态稳定性分析。为研究降雨作用下土坡电导性能与基质吸力的时空变化与联系,通过人工降雨滑坡物理模型试验,将电阻率作为监测量与常规的含水率、基质吸力相结合,并在边坡模型上种植马尼拉草,研究植草边坡在均匀降雨、前小后峰和前峰后小这3种动态降雨模式下的入渗特征。研究结果表明：动态降雨模式下,降雨强度变化对土体电阻率和含水率均能产生影响,但都存在一定滞后性。降雨前边坡土体基质吸力、电阻率较高,随着深度的增加逐渐递减。降雨后表层土体基质吸力、电阻率出现较大跌幅,分布上呈现由浅层到深层逐渐增大态势。结合Keller改进的Archie拓展模型与VG模型,得到基于电阻率的残积土基质吸力计算模型,并用试验数据进行验证,结果较为合理,为非饱和残积土基质吸力的测量提供一种快速便捷的方法。研究成果有助于探究非饱和残积土边坡在不同降雨模式下的渗流特征,揭示了降雨作用下坡残积土的电导性能演化规律与基质吸力空间分布特征。     

重庆地区滑带土抗剪强度参数概率统计分析

土的抗剪强度参数概率分布的类型影响着滑坡防治工程可靠度分析的结果。根据三峡库区重庆市有代表性的滑坡滑带土试验数据,对滑带土抗剪强度参数c、φ值进行统计分析,利用χ2检验法进行拟合,从而得出c、φ值的概率密度函数以及他们的概率分布形式:c值服从正态分布,φ值服从对数正态分布。以此可以对三峡库区地质灾害的治理与防治工作起到指导作用。     

泥化夹层压缩试验的损伤特征及损伤方程研究

泥化夹层的损伤破坏是影响边坡稳定性的重要因素,为研究其损伤机理,进行了不同围压条件下的压缩试验,通过试验数据和试样破坏外观分析损伤情况;利用CT扫描仪在试验不同加载时刻对泥化夹层进行实时CT扫描,结合MATLAB图像二值化处理,得到不同围压下泥化夹层损伤识别图像,反映了内部损伤发展情况;最后根据推广的应变等价原理,通过变形模量确定损伤变量,获得泥化夹层损伤变量与轴向应变的关系。结果表明:①泥化夹层强度普遍表现出随围压增加而增加的规律,破坏应变取为10%,由于泥化夹层自身组成及结构存在差异性,导致个别试样的强度规律不明显;②泥化夹层内部存在薄弱层,加载过程中会出现阶段性的小幅度塌缩,强度曲线上反映为阶段性的应变突增现象;③无围压和一定围压情况下的损伤破坏方式不同,无围压时为脆性破坏,裂缝萌生、开展,一定围压时表现为塑性破坏,泥化夹层被压缩,孔洞裂隙闭合,破坏方式改变临界围压介于0～50kPa;④通过本文方法建立的损伤方程与不同围压下的室内试验结果拟合良好,该方法合理可行。     

非饱和土体变试验研究及其在地面沉降中的应用

地下水位降低将导致非饱和土体中净平均应力和基质吸力发生变化,从而引起土体体积变化。针对重塑非饱和砂土、粉土、黏土和软土,结合土水特征曲线和收缩曲线,考察了土体在干燥收缩过程中基质吸力与孔隙比的关系;运用固结曲线分析了土体在经受净平均应力下的变形特性。基于试验结果,根据Fredlund弹性体变本构模型估算了不同的地下水位降低情况时非饱和土区域的沉降量。结果表明,在总沉降量中非饱和土区域的沉降量是不可忽略的,随着地下水位的降低,非饱和土区域的沉降量在总沉降量中所占比例逐渐增大。     

三峡库区杉树槽滑坡成因及视向滑动机制分析∗

三峡库区杉树槽滑坡属于典型的顺层岩质滑坡，但其失稳模式不同于常见顺层岩质滑坡，由于真倾向受阻，属于真倾向滑移变形转为视向滑动的特殊失稳模式。在滑坡发生后对其追踪调查的基础上，从地层岩性、岩体结构、泥化夹层、纵向裂缝等地质特征分析杉树槽滑坡形成的原因；通过对滑坡区的滑坡发生前几年降雨数据进行对比分析，研究降雨类型对滑坡的影响；基于极限平衡法，考虑滑坡的失稳模式，对主滑体进行稳定性计算。分析结果表明，杉树槽滑坡是在后缘静水压力、底滑面扬压力、侧向静水压力和滑带土软化综合作用下发生的失稳破坏；多日持续降雨之后的暴雨是杉树槽滑坡发生的必要条件；将主滑体从纵横两个方向分别进行力的解析，当纵向裂缝内水头高度达到滑坡启动的临界高度时，确实可以依靠纵向裂缝的静水压力将主滑体侧向推出。结论可为此类滑坡早期识别、稳定性评价和防治工程提供参考。     

考虑损伤特征的冻风积土加载模型与试验研究

为了研究冻风积土在不同温度、各级围压条件下的应力—应变关系与加载损伤特佂,通过对不同负温不同围压条件下的冻风积土试样进行三轴剪切试验,获得其应力—应变关系曲线。按照用切线模量定义损伤变量方法对Duncan-Chang非线性模型变换得到了损伤变量随偏应力的演化规律表达式,引入具有衰减特性的负指数控制方程用以描述切线模量随偏应力增加而衰减特征。将损伤变量和切线模量的控制方程导入损伤本构关系中推导出了冻风积土加载损伤模型。研究发现:(1)损伤变量是一个依赖于围压及抗剪强度指标c、φ值并随偏应力不断演化的变量;(2)加载损伤模型在偏应力较小时描述冻风积土在三轴剪切过程中的应力—应变发展关系较为理想。     

斜坡振动台试验模型相似材料的动力特性研究

利用动三轴试验仪器,研究了斜坡振动台试验中的模型相似材料(模拟软岩和软弱夹层)的动力特性。试验结果表明,循环荷载作用下,软岩弹性变形迅速,荷载翻转处滞回环呈"尖叶状",而软弱夹层则相反,为"椭圆状";不同围压下,2种材料的动弹模均大于静弹模,骨架曲线近似双曲线,1/Ed—εd呈近似线性关系;随着围压的增大,软岩相似材料呈应变硬化的趋势,而软弱夹层则相反;软岩和软弱夹层相似材料阻尼比随动应力增加而增大,但相同应力状态下,软弱夹层阻尼比是软岩的1.5~5倍,与此对应,薄夹层斜坡较厚夹层斜坡动力响应更强,破坏规模和范围更大。该研究结果可供强震下斜坡的非线性动力响应分析借鉴。     

寒区冻结冰碛土的变形特性与非线性本构模型研究

为了研究寒区冰碛土的变形特性和本构模型,应用MTS-Landmark 370.10型动静三轴测试系统对冰碛土在温度为-3、-5 ℃,围压为0.1、0.5、1、4、8 MPa时开展低温常规三轴试验。结果表明:冰碛土的应力应变关系曲线均为应变软化型,可分为线性、非线性和应变软化3个阶段;围压越大,软化现象越明显;随轴向应变的增加,试样先体缩再体胀。基于试验结果在沈珠江三参数模型和修正邓肯-张双曲线模型基础之上提出一种改进模型,将改进模型与沈珠江三参数模型、修正邓肯 张双曲线模型的拟合结果进行对比,发现改进模型能较好描述冻结冰碛土的应变软化现象和剪胀特性。     

不同应力路径下灰岩卸荷损伤特性演化规律研究∗

为探究应力路径对灰岩卸荷力学特性的影响机制,考虑恒偏压卸围压、恒轴压卸围压及加轴压卸围压三种卸荷应力路径,分别进行了卸荷试验和数值模拟,分析了不同卸荷应力路径下灰岩的能量释放规律及细观损伤演化规律。研究结果表明：（1）卸荷应力路径对灰岩宏观力学特性影响显著,恒偏压卸围压路径下,岩样卸荷强度最低, 变形模量与泊松比变化趋势最缓,但变化幅度最大,而加轴压卸围压路径下,其卸荷强度最大,但变形参数变化幅度较小;（2）三种卸荷应力路径下,卸荷过程中耗散能占比大小依次为恒偏压卸围压＞恒轴压卸围压＞加轴压卸围压,弹性应变能占比大小则为加轴压卸围压＞恒轴压卸围压＞恒偏压卸围压,说明外力所做的功在恒偏压卸围压方案下多转化为耗散能用于裂纹发育,对应破坏时的损伤变量最大,而加轴压卸围压方案下多转化为弹性应变能储存于岩样内部,卸荷破坏更为突然;（3）数值模拟结果分析发现,恒偏压卸围压方案下,卸荷过程中的裂纹总数量和张拉裂纹占比最大,卸荷损伤程度最高,对应的损伤变量最大,而加轴压卸围压方案下岩样的裂纹数量最少,损伤变量最小,卸荷过程中岩样内部的细观损伤发育规律进一步说明了应力路径对其宏观力学特性的影响。     

隧道-滑坡平行体系时间效应演化及变形破坏试验研究∗

通过4组隧道-滑坡平行体系模型试验,研究在不同工况下隧道-滑坡相互作用下的时间效应和变形破坏模式。结果表明:(1)隧道-滑坡平行体系单滑面情况滑坡推力在滑体内产生一种应力临界状态,该应力临界状态是处于拉、压应力变化过渡的一种状态,有一个时间传递变化的过程,即时间效应。(2)桥隧搭接桩基础支撑结构较无支撑结构会加速应力临界过渡状态的时间效应。(3)滑坡体内的滑坡推力,最先引起滑带位置附近的土体达到应力临界过渡状态,随着时间的推移,这种临界状态逐步由滑坡体后缘向前缘移动,滑坡破坏面上的每一点的时间与应变关系均会呈现不同的"S"型曲线特征,对于整个滑体而言,滑面上每一点的时间与应变关系曲线,在不同时刻呈现不同的线型特征。(4)桥隧搭接桩基础支撑结构较无支撑结构会延缓隧道模型的破坏,使得破坏断裂面向基岩内部延伸,且作用效果显著,但隧道模型整体的破坏处于基岩内。     

采用不同滑面材料的滑坡模型试验研究

为研究滑坡模型试验中不同材料模拟滑带土对模型稳定性的影响,以堆载为试验方法,以位移计为主要的测试手段,进行了采用草木灰、单层塑料薄膜、双层塑料薄膜作为滑面材料的两种工况5组模型试验。通过增加模型上的堆载,增大滑体的下滑力,使滑体最终发生滑动。根据试验的初始稳定状态、最终稳定状态及监测到的模型位移曲线,确定滑坡的极限平衡状态;同时根据最终加载量,反算出滑带土模拟材料的相似抗剪强度;得出不同滑面材料的稳定性及相似抗剪强度,为滑坡支挡模型试验提供试验基础。     

三峡库区高边坡紫色土抗剪强度的水敏性特征∗

为了研究高边坡紫色土的抗剪强度及变形随含水率的变化规律，在不同围压下对不同含水率的非饱和重塑紫色土进行了固结不排水三轴试验。结果表明：在不同的含水率及围压条件下，土体应力-应变关系曲线均呈现出“持续硬化”甚至“加速硬化”现象。其应力-应变关系曲线经历了3个阶段：轴向应变0%~2.3%为弹性阶段，2.3%~4%为应变硬化阶段，4%后逐渐变为屈服阶段。在同一围压下，土体主应力差峰值随含水率的增加而降低，其峰值下降幅度最大可达67.37%。不同含水率下的最大主应力差与围压均表现出较好的线性关系。在给定含水率下，主应力差峰值随围压的增加而明显增大，其峰值增大幅度最大可达150.98%，但随着含水率的升高，这种增大趋势逐渐减小，且围压对紫色土抗剪强度影响约为含水率对其影响的66.63%。随着含水率的增加，土壤的内聚力先增加后减小，峰值处的含水率为12%；而土壤的内摩擦角随含水率的增加呈现一阶线性减小，且下降程度最大可达56.88%。土体任意平面(破坏面)上σ-τ曲线的斜率随着含水率的增加而逐渐减小，而破坏包面逐渐变缓。分析并讨论了含水率对紫色土内部结构、颗粒间作用力及特性的影响，以期为三峡库区高边坡紫色土的综合治理提供理论支持和技术支撑。