初始土体含水率对泥石流方量影响的数值模拟

泥石流的启动机理是国内外地质灾害研究领域的热点和难点问题,但是目前针对初始土体含水率对泥石流启动方量影响的研究较少,无法对泥石流的风险评价提供有效支撑。以新疆维吾尔自治区苏约克河流域内典型的泥石流沟——乔库而泥石流为研究对象,利用PFC^2D软件对该泥石流分别处于最小泥石流冲出量和物源区土体全部失稳启动两种工况下土体的含水率特征进行数值模拟研究。结果表明：(1)乔库而泥石流达到最小冲出量(10.1万方)时,物源区土体的含水率为31%～33%,即土体快达到饱和状态(土体饱和含水率为35%),此时物源区土体的黏聚力为19.2 kPa、内摩擦角为21.5°;(2)乔库而泥石流物源区土体全部失稳启动时,物源区土体的含水率超过了其饱和含水率,此时物源区土体的内摩擦角和黏聚力分别为9°和12 kPa;(3)乔库而泥石流物源区土体在降雨作用下仅能失稳,如果没有其他因素导致土体运移过程中剪切强度降低,将很难形成远程运动的泥石流,因此有必要对其运移机理做进一步研究。     

黏性重塑土不同制备方式对其抗剪强度的影响研究

重塑黏土样制备方法主要有击实法和固结法两种类型。本文通过对武汉红色黏土原状样、击实重塑样和固结重塑样进行直剪试验,研究了黏性重塑土不同制备方式对其抗剪强度的影响。结果表明:原状样的抗剪强度最高,其次是固结重塑样,击实重塑样的抗强强度最低;根据电镜扫描分析原因认为,原状样由于游离氧化铁的存在而形成凝聚体结构,使其具有很高的抗剪强度,而重塑样能在一定程度上恢复这种结构,但固结法制样比击实法制样恢复能力更强,此外击实法制样过程中形成的大孔隙也是击实重塑样抗剪强度较低的原因之一;在击实重塑样中有相当部分的土颗粒之间存在自由水和空气,而固结法制成的饱和样的土颗粒之间通过结合水膜连接,使土颗粒连接得更为紧密;对于击实法制样,水土混合后还需要静置足够的时间,才能保证水土作用充分,使土中水由自由水转化为结合水,从而恢复部分凝聚体结构。     

三舟溪滑坡在非汛期增加库水位下降速率对其稳定性的影响

以三舟溪滑坡为例,在前期有比较完整监测资料的基础上,分析滑坡变形破坏的历史资料,研究滑坡活动与库水位变化、降雨、地下水的响应关系;考虑滑坡的实际水力边界,根据滑坡地下水监测数据及滑坡前缘发生的次级滑动,对滑坡岩土体水力学参数和抗剪强度参数进行反演分析;基于反演分析,评价三舟溪滑坡稳定性现状,并预测在非汛期增加库水位下降速率条件下滑坡的稳定性,分析论证滑坡在非汛期增加库水位下降速率的可行性,为调整消落期库水位下降速率阈值提供科学依据。结果表明:三舟溪滑坡为动水压力与暴雨混合型滑坡,库水位变化控制着滑坡体稳定性走势,降雨则导致滑坡稳定性发生波动性变化;三舟溪滑坡目前处于潜在不稳定状态,非汛期增加库水位下降速率对滑坡稳定性影响不大,预测非汛期增大库水位日降幅条件下,滑坡整体仍为潜在不稳定。     

水头饱和与反压饱和相结合的滑坡黄土物理力学特性研究

黄土地区滑坡等地质灾害频发,黄土的物理力学特性研究对黄土地区地质灾害的防治具有重要意义。以GDS三轴仪为试验平台,采用水头饱和与反压饱和相结合的方法对陕西蔡家坡滑坡原状马兰黄土进行饱和,然后对其进行三轴固结不排水剪切试验。试验结果表明:对初始含水率较低的原状马兰黄土,水头饱和结合反压饱和的方法可以使原状马兰黄土在较短时间、较小反压下达到较高饱和(孔压系数B=0.962);原状马兰黄土的轴向应力-应变曲线呈现为应变弱化型,表现为脆性破坏,在达到土的峰值强度前变形近似"弹性",且在较小的应变下即可达到土的峰值强度;饱和马兰黄土在剪切过程中产生正的孔隙水压力,孔隙水压力曲线先增加后保持稳定,围压越大孔隙水压力增长速率越大;饱和马兰黄土的抗剪强度参数为c=12.7kPa、φ=10.2°,c′=14.8kPa、φ′=16.2°,随着围压的增大其破坏应力随之增大,不同围岩下有效应力路径曲线的形态都近似呈直线形。     

黄土坡临江1号滑坡体滑带土残余强度试验研究

以巴东黄土坡滑坡临江1号滑坡体滑带土为研究对象,使用环剪仪通过环剪试验研究了滑带土在不同剪切速率、滑带土含水率和法向应力情况下的残余强度特征。试验结果表明:剪切带厚度随着剪切速率的增加而逐渐增加;滑带土的残余强度和峰值强度随着剪切速率的增加均有所增加,且峰值强度增加得更为明显;剪切速率越大,滑带土达到残余强度值的时间越短,但所需的剪切位移则更大;剪切速率对滑带土的影响主要集中作用在降低土的内聚力上;滑带土内聚力随含水率的增加先递增后减,内摩擦角则不断减小;法向应力越大,滑带土峰值强度和残余强度越大。     

赣南凝灰岩残积土水-力相互作用特性研究

凝灰岩残积土在赣南山区广泛分布,在降雨入渗作用下残积土边坡易发生失稳破坏,研究其水-力相互作用特性对这一地区的地质灾害防治具有重要意义。采用三轴固结不排水剪切试验和瞬态脱湿与吸湿试验对赣南山区凝灰岩残积土的抗剪强度和水-力相互作用特性进行研究。结果表明:凝灰岩残积土的抗剪强度参数为c=14.0kPa、Φ=15.6°,c′=7.8kPa、Φ′=28.0°;凝灰岩残积土在脱湿条件下的进气值为14.6kPa,在吸湿条件下的进气值为3.89kPa;凝灰岩残积土的基质吸力和吸应力随含水率的增大而减小,其渗透系数随含水率的增大而增大;凝灰岩残积土的抗剪强度随含水率的增大而减小,土体的抗剪强度与净法向应力成正比;当含水率较小时土体抗剪强度的变化速率比含水率较大时抗剪强度的变化速率快。     

不同降雨强度下库岸滑坡体含水率及其稳定性分析

库水和大气降雨的叠加作用是导致库岸滑坡最危险的组合条件之一。大部分滑坡在库水的作用下仍能保持稳定,但遇到强降雨作用,则对滑坡稳定极为不利,因此此类滑坡的稳定性取决于降雨的作用。对秭归县王家院子库岸滑坡在降雨和库水联合作用下的稳定性进行了数值模拟计算与分析。结果表明:当降雨强度较小时,滑坡表层土体的含水率增大,深部土体含水率变化较小,小的降雨强度容易引起浅层滑坡或局部滑坡;当降雨强度较大时,雨水渗入到滑坡坡体深部,深部土体含水率迅速增大,强降雨可能引起滑坡整体失稳。     

三峡库区黄土坡滑坡库水位与降雨联合作用渗流应力耦合的数值模拟

以三峡库区黄土坡滑坡为研究对象,通过野外调研与监测,利用FLAC有限差分软件建立了黄土坡滑坡在库水位与降雨联合作用下的渗流应力耦合数值分析模型,对不同工况下黄土坡滑坡的渗流应力耦合作用进行数值模拟分析,并探讨黄土坡滑坡的复活机理。结果表明:滑坡体前缘300m内受库水位的影响较大,坡体内的渗流应力耦合作用明显,在工况一及工况二下,由于库水位的下降使滑坡体内的地下水位线下降,并且伴随着大暴雨,滑坡体内的孔隙水开始向长江排泄,滑坡体出现明显的变形;在工况三及工况四下,由于库水位的上升使滑坡体内的地下水位线上升,并且随着降雨量的减小,滑坡体内出现了反向的渗流作用,加强了滑坡体的稳定性,使滑坡重新回到了相对稳定的状态。     

深圳地区余泥渣土强度参数的影响因素研究

研究余泥渣土体的剪切强度变化规律,对于余泥渣土受纳场边坡稳定性评价与防护工程设计具有重要的意义。采用正交试验设计方法,通过室内土工试验分析了深圳地区余泥渣土的颗粒级配、含水率和压实度对于土体抗剪强度指标(黏聚力c和内摩擦角?)的影响。极差分析和方差分析结果表明:影响深圳地区余泥渣土体抗剪强度指标黏聚力c的显著性因素顺序为含水率压实度颗粒级配,c随着含水率的增加而不断减小;影响余泥渣土体抗剪强度指标内摩擦角?的显著性因素顺序为颗粒级配压实度含水率,?随着密实度的增加而增大;各级竖向荷载下,含水率是影响余泥渣土体剪切强度τ最显著的因素,两者之间呈现出负相关的关系。通过进一步的试验研究发现:余泥渣土体黏聚力c、内摩擦角?、剪切强度τ与密实度k之间均呈现抛物线型关系;余泥渣土体饱和渗透系数K_(sat)与压实度k之间表现为负相关的指数函数型关系。     

非饱和渗流作用下云阳西城滑坡稳定性分析

基于非饱和土理论采用有限元法模拟了云阳西城滑坡在雨水入渗和库水位下降过程中暂态渗流场的变化,然后将计算得到的暂态孔隙水压力分布用于滑坡稳定性的极限平衡分析。同时,采用延伸的摩尔—库伦破坏准则以便考虑基质吸力对抗剪强度的贡献,计算了暴雨工况和库水位下降工况下的稳定性系数。研究结果表明:降雨引起的暂态渗流场对滑坡稳定性有明显的影响;考虑基质吸力对抗剪强度的贡献,会明显提高滑坡稳定性;由于该滑坡渗透系数较大,库水位下降引起的暂态渗流场对该滑坡稳定性系数的影响不如降雨引起暂态渗流场的明显;该滑坡主要受暴雨影响。     

红层细碎屑岩遇水崩解微观机理的试验研究

为研究红层细碎屑岩遇水崩解的微观机理及其演化过程,选取湖南省桑植县满家坡滑坡红层基岩开展了耐崩解试验,并对不同崩解循环后的红层细碎屑岩进行了X射线衍射(XRD)试验和扫描电镜(SEM)试验,分析了不同崩解循环中红层细碎屑岩的物质组分和微观结构的变化。结果表明:①红层细碎屑岩遇水崩解时物质变化主要表现为碎屑组分的相对增加和胶结物组分、黏土矿物组分的相对减少;②红层细碎屑岩的微观结构变化可通过岩石颗粒球度R、磨圆度P_S和孔隙率P_O等参数刻画,崩解时红层细碎屑岩内部的微观结构保持不变,而红层细碎屑岩表面颗粒的球度R和岩石表面的孔隙率P_O相较内部上升,红层细碎屑岩表面颗粒的磨圆度P_S相对下降;③红层细碎屑岩遇水崩解的微观结构演化过程主要包含填隙物脱落、岩石表面孔隙增大、矿物颗粒联结力下降、颗粒破碎脱落等系列过程,这一过程的反复进行最终导致了红层细碎屑岩宏观结构上的破坏。该研究可为完善红层细碎屑岩崩解机制和揭示红层滑坡破坏机理提供新的思路。     

纤维含量及长度对纤维加筋土强度的影响研究

纤维能随机分布在土体中,有助于增强纤维土复合体的力学性能,将其应用于路堤边坡处理工程中已取得良好效果,但目前关于纤维加筋土配合比的研究还难以量化。选取纤维含量和纤维长度(纤维含量为0%、0.1%、0.2%、0.3%,纤维长度为1.5cm、2.0cm、2.5cm)两个参数开展纤维加筋土无侧限抗压强度试验、直剪试验,研究聚丙烯纤维加筋土的抗压、抗剪和变形特性,揭示纤维含量和纤维长度对加筋土变形特征、强度特征和抗剪强度指标的影响规律,并研究纤维加筋土的最优配合比。结果表明:纤维的加入能改善土体的抗压、抗剪和变形特性,纤维能提高土体的内聚力,但对内摩擦角几乎没有影响;当纤维含量为0.2%、纤维长度为2.5cm时,纤维的加筋效果得到最大程度的发挥。该研究可为采用纤维加固路堤边坡工程提供设计依据,具有重要的工程意义。     

不同试验方法下黄土抗剪强度以及参数差异分析——以甘肃省黑方台黄土滑坡为例

黄土是一种典型的非饱和土,在总结前人试验研究的基础上,以甘肃省永靖县黑方台非饱和黄土为研究对象,进行两种不同的直剪试验,即:利用改进后的非饱和直剪仪对研究区不扰动黄土进行控制基质吸力和净竖向压力为常数的固结慢剪试验,依据研究区土水特征曲线配置不同含水率以控制不同的基质吸力的黄土快速直剪试验。得到两种试验方法下不同基质吸力或含水率和净竖向压力下的非饱和黄土抗剪强度及其参数,探讨非饱和黄土抗剪强度及其参数与基质吸力的关系,并分析两种试验方法所得非饱和黄土抗剪强度及其参数的差异。试验结果表明:两种不同的试验方法下净竖向压力及基质吸力对于研究区非饱和黄土抗剪强度均呈线性增长关系,而抗剪强度参数—黏聚力与基质吸力二者呈线性关系,内摩擦角—基质吸力关系曲线近似成水平直线,其中不同含水率黄土直剪试验在相同基质吸力和竖向压力的条件下,其抗剪强度及内摩擦角略高于非饱和固结排水直剪试验,而其黏聚力略低于非饱和固结排水直剪试验所得黏聚力。     

赣南凝灰岩残积土物理力学与应力-应变特性研究

凝灰岩残积土广泛分布于赣南一带,研究其工程特性对当地工程建设以及地质灾害的防治具有重要意义。在赣南地区采取典型的凝灰岩残积土原状样和重塑样,进行了基本的物理力学性质试验以及三轴固结不排水剪切试验,对其基本物理力学性质、抗剪强度特性以及结构等方面的工程特性进行了研究。试验结果表明:凝灰岩残积土依据其塑性指数和颗分曲线,可定名为粉质黏土,其孔隙比为0.91,土体渗透系数为2.25×10-7 m/s,渗透能力较差;凝灰岩残积土原状样的抗剪强度参数为c=14kPa、φ=15.63°,c′=7.83、φ′=28°,重塑样的抗剪强度参数为c=11.99kPa、φ=22.6°,c′=5.08、φ′=30.58°;凝灰岩残积土原状样的总内聚力、有效内聚力均略大于重塑样,而原状样的总内摩擦角、有效内摩擦角均略小于重塑样。     

离子型土壤固化剂改性淤泥排水固结试验研究

通过自主研制的真空预压与堆载预压模拟试验装置，对原状淤泥土样品与不同浓度离子型土壤固化剂(ISS)改性淤泥土样品开展了排水固结模拟试验，结合改性前后淤泥土样品的阳离子交换量、塑性指数和渗透系数变化数据，探讨了ISS改性淤泥加速排水固结过程的机理。试验结果表明：与原状淤泥土样品相比，经ISS改性后淤泥土样品的排水固结速度加快64.7%,最终固结沉降量增大13.4%,阳离子交换量降低66%,塑性指数下降38%,渗透系数提高2个数量级；ISS改性淤泥加速排水固结过程的机理包括两个方面，一是ISS的作用使土颗粒表面结合水量降低，黏滞性水膜减薄，转换为更容易排出土体的毛细水及自由水；二是土颗粒表面结合水膜减薄使大部分封闭的无效孔隙开放连通，成为有效的渗流通道，显著提高了土体的渗透性。     

盐分梯度驱动含水层胶体释放过程中的孔隙尺寸排阻效应研究

滨海含水层中地下水流动、胶体与溶质的协同运移具有复杂性,而含水层孔隙结构中胶体运移所诱发的孔隙尺寸排阻(size exclusion)效应对整体运移过程影响深远.本研究采用长江口砂质含水层,基于土柱渗透试验,分析盐分梯度驱动胶体运移的过程,利用Hydrus-1D和Acualntrusion Transport对溶质运移的穿透过程进行数值模拟并获取溶质运移参数,以探究胶体释放诱发的孔隙尺寸排阻效应与盐分梯度之间的响应关系,揭示孔隙排阻效应与含水层相关水文地质参数的响应机制.结果表明,海水入侵使地下水离子强度增大,同时抑制胶体释放;反之,淡水驱替时则促进胶体的释放.胶体释放峰值及总量与该过程的盐分梯度呈正相关,当0.5%～1.5%的NaCl溶液被淡水洗脱的过程中,胶体浓度穿透曲线的零阶时间矩从77.79 mg增至220.52 mg,释放峰值从209.7μg·mL^-1增至688.5μg·mL^-1,释放量显著增大.数据表明在胶体颗粒释放后,介质孔隙结构改变,所释放的带负电胶体颗粒与固体基质表面的静电斥力诱发了尺寸排阻效应,使胶体颗粒选择性地通过部分孔...     

黄土坡临江1~#滑坡滑带土的淋溶试验研究

为研究酸雨淋溶作用下滑坡滑带土水-岩(土)化学作用过程对黄土坡滑坡稳定性的影响,选取长江三峡库区黄土坡临江1~#滑坡主滑带土为研究对象,设计不同pH值酸性溶液土柱淋溶试验,分析黄土坡临江1~#滑坡主滑带土中主要元素在不同pH值条件下的溶出特征和释放规律,并探讨该滑坡滑带土在淋溶过程中发生的主要水文地球化学反应。试验结果表明:pH值影响着对该滑坡稳定性起重要作用的钙质胶结物的溶解和黏土矿物的生成,且在淋溶试验选取的溶液pH值范围(3～7)内,随着pH值的减小,钙质胶结物溶解量增加、离子交换作用增强,使得土体成分流失、孔隙增大,不利于滑坡体稳定。为从微观角度了解酸雨频发地区滑坡的演化机制并提出针对性防治措施提供参考。     

三峡库区巴东组红层泥岩崩解和强度弱化特性研究

侏罗系巴东组红层软岩广泛分布于三峡库区,因其表现出较强的崩解和强度弱化特性而经常以块体的形式出露并被视为致灾地层。以某边坡开挖过程中出露的三峡库区巴东组红层泥岩块体为研究对象,通过干湿循环试验、点荷载强度试验和颗粒直剪试验研究了红层泥岩块体试样的崩解和强度弱化特性。结果表明:试样崩解过程主要集中在前20次干湿循环,且崩解过程中粒径大于50 mm的试样仍然占据主要部分;试样的修正点荷载强度指数主要集中在0.25～4 MPa之间,试样的点荷载强度指数、单轴抗压强度和抗拉强度均随干湿循环次数的增加呈下降趋势,且表现出较高拟合度的负线性关系;试样的剪切应力值在初始变形阶段(1 mm剪切位移内)增长较快,其后增长缓慢并最终趋于稳定;试样的抗剪强度随着轴向压力的增大而逐渐增大,随着干湿循环次数的增加而逐渐降低,在0.4～0.8 MPa轴向压力条件下,试样的抗剪强度增长更快;试样的剪切过程可分为压密、压裂和旋转三个阶段;试样的内摩擦角和黏聚力均随干湿循环次数的增加而逐渐减小并趋于稳定,且表现出较好的玻尔兹曼函数拟合关系。该研究结果可为红层软岩区堆积层滑坡的稳定性分析与防治工作提供依据。     

三峡库区黄土坡滑坡滑带土卸荷状态下的直剪蠕变特性研究

为研究长江三峡库区滑坡长期受周期荷载变化的影响,特别是在洞室开挖、边坡开挖等卸荷状态下滑坡的长期稳定性,利用DZR-8直剪蠕变仪对三峡库区黄土坡滑坡滑带土在卸荷状态下的直剪蠕变特性进行了试验研究。试验结果表明:黄土坡滑坡滑带土的蠕变特性较为明显,低剪切应力作用时,滑带土的蠕变曲线包括瞬时蠕变和衰减蠕变,主要表现为弹性蠕变,但随着剪切应力的增大,滑带土的蠕变曲线呈现出衰减蠕变和稳态蠕变两个阶段,主要表现为黏弹性蠕变;根据黄土坡滑坡滑带土的剪切应力-应变等时曲线可知,滑带土的直剪蠕变的剪切应变均在1%以内,滑带土的蠕变速率在剪切应变为0.4%时有了明显的提升;黄土坡滑坡滑带土的非线性蠕变特性与蠕变时间、应力水平和土体孔隙率相关,蠕变时间越长、应力水平越大、土体较密实时,滑带土的非线性蠕变特性越显著;由黄土坡滑坡滑带土的蠕变曲线可知,滑带土的剪切应力-应变等时曲线具有曲线簇的特性,采用指数型经验蠕变模型对滑带土的蠕变曲线进行拟合,拟合效果较好,表明该指数型经验蠕变模型能够很好地描述黄土坡滑坡滑带土的蠕变特征。     

悬臂式单锚抗滑桩加固黄土滑坡的模型试验

通过开展悬臂式单根锚杆抗滑桩加固黄土滑坡的室内模型试验,获得桩后滑坡推力、桩前土体抗力、桩体及锚杆的应力-应变情况,并据此研究了悬臂式单锚抗滑桩桩侧地层抗力、桩身内力分布规律及其破坏模式.结果表明:在滑坡推力作用下,悬臂式锚杆抗滑桩受荷段桩后受压、桩前受拉,而嵌固段桩后受拉、桩前受压,锚杆抗滑桩受力形式呈“S”曲线状;随着锚杆抗滑桩在荷载作用下的变形破坏,其桩前、桩后土压力分布规律也逐渐改变;悬臂式锚杆抗滑桩的破坏模式主要为塑性铰弯折破坏,而土体中锚杆的破坏模式主要为弯剪-滑移破坏.