泾阳南塬黄土的力学特性与滑坡机制研究

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黄土是一种特殊的结构性土,广泛分布于我国西北地区。随着西北大开发战略的正式实施以及“一带一路”经济区的开放,西部黄土地区的工程建设日益增多,使得该地区的经济飞速发展,但与随之而来的滑坡等地质问题的矛盾越来越尖锐。诸多学者在黄土的剪切强度特性以及黄土滑坡的启动机制和运动机制等方面的研究取得了一定成果,但研究尚不成熟。本文选题依托国家重点基础研究发展计划项目“黄土重大灾害及灾害链的发生、演化机制与防控理论”,选择陕西省泾阳南塬为研究区,以该研究区离石黄土为研究对象,设计了测试土-水关系的压力板仪试验(SWCC)以及力学试验,包括固结不排水剪切条件下的常规三轴试验(CTC)和环剪试验(Ring-shear test);并开展了微观试验,包括压汞试验(MIP)和电镜扫描试验(SEM)。通过上述实验,一方面分析了黄土微观结构变化与宏观力学特性的联系,揭示黄土宏观力学表现的微观机理,另一方面剖析了泾阳南塬典型黄土滑坡的启动机制和运动机制,得出如下结论:(1)原状黄土的增湿、减湿的SWCC曲线均呈现反“S”型形态,同时呈现出明显的滞回圈现象,并具有明显的阶段性特点,以进气值、残余体积含水率这两个标志点以及根据曲线斜率的特点,将该曲线划分为4个区域即边界效应区、主要过渡区、次要过渡区和非饱和残余区。(2)常规三轴试验结果表明原状黄土受含水率以及围压的影响,应力-应变曲线呈现出三种形式:硬化型、稳定型和软化型,尤其是处于饱和状态的黄土,软化现象尤为突出;环剪试验结果表明残余强度随轴压的增大而大幅度增大,而在不同含水率、干密度、制样方式以及剪切方式下,土体的残余强度表现出不同程度的差异性。剪切强度参数——粘聚力(残余粘聚力)c受含水率的影响明显,而内摩擦角(残余内摩擦角)φ受其影响不明显。(3)基质吸力对黄土抗剪强度、残余强度及其各自强度参数的影响存在明显的差异性。基质吸力对土体抗剪强度的影响程度明显高于对残余强度的影响;两个强度下的c和φ受基质吸力的影响均呈非线性变化,其中c受基质吸力的影响明显,且存在基质吸力特殊状态点控制着粘聚力的发展趋势。根据土体强度受基质吸力影响的敏感程度,将曲线进行了阶段划分:弱敏感区、强敏感区、中等敏感区和非敏感区,各区域之间的分界点与土-水特征曲线的分界点基本一致。(4)试验剪切后属于活性孔隙的大、中孔隙减少,惰性孔隙增多;颗粒由剪切前边缘平滑,颗粒之间以点-点接触和面-面接触为主转变为剪切后的颗粒发生定向排列,多呈扁平状、破碎且棱角分明。(5)结合室内试验结果和野外调研,以西庙店滑坡为典型案例,首次提出了泾阳南塬流动性滑坡的启动时效分段模式,揭示了泾阳南塬高速远程滑坡的启动机制和运动机制。
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