内蒙古黄土泥岩地带界面滑坡的室内模型试验研究

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目前学术界、工程界对于黄土泥岩地带界面滑坡的研究成果主要集中在界面滑坡的变形及运动特征,滑带土的特性以及土—岩复合边坡的破坏模式和稳定性分析等方面,欠缺对于黄土泥岩接触面的滑移机理,界面的作用特性及其影响因素等方面的研究。因此,针对于这方面的研究,可以为该地区滑坡的预警、预报以及工程防治提供理论依据和科学指导,具有重大的理论和实践意义。本文采用半相似材料室内模型试验的方法,取土地点在内蒙古自治区呼和浩特市清水河县的黄土泥岩接触地带;对降雨影响下黄土泥岩接触面滑坡的启动条件及滑移机理进行了物理模型试验研究,取得了如下研究成果:通过室内土工实验确定了试验中所需的相似材料的基本力学特性,为相似材料的选择提供数据支持;在分析和研究物理模型试验理论的基础上,结合半相似材料滑坡室内模型的特点,用量纲分析法对滑坡室内模型试验的常用参数进行了推导演算,得出了滑坡室内模型试验的相似条件;研究了针对黄土泥岩地带界面滑坡的物理模型试验的设计方法;设计并完成了降雨作用下的半相似材料滑坡室内模型试验系统,该系统主要由试验平台装置、人工降雨装置以及数据采集系统等三部分组成;利用该试验系统,结合物理模型试验理论,对内蒙古自治区清水河县的黄土泥岩地带在降雨作用下的界面滑移机理进行了研究,分析了滑坡发生发展过程中应力场和渗流场的变化规律;揭示了降雨作用下,黄土泥岩地带的界面滑移机理:降雨发生后,雨水在黄土层中向下渗透,由于泥岩层相对于黄土层可视为隔水层,导致雨水在黄土泥岩的界面上汇集形成塑流软弱带;随着雨水持续入渗,黄土层发生湿陷;同时由于塑流软弱带黄土的液化现象,雨水会将塑流软弱带的黄土沿接触面向下搬运,使坡脚界面处的黄土发生水平位移,导致坡脚处黄土层体积减小;在湿陷和渗流的双重作用下,坡脚附近的黄土层竖向位移大于其他位置的黄土层,从而导致在靠近坡脚的位置出现裂隙;裂隙沿着滑动面进一步发展,最终导致土体破坏,发生滑坡;当满足界面滑移的启动条件时,发生的就是界面滑坡,否则发生的是黄土层内滑坡;探索并提出了黄土泥岩地带发生界面滑坡的启动条件:降雨强度较小,降雨持续时间较长,上覆黄土厚度一般不大于3m;这都为进一步的试验研究以及工程防治与预警提供理论依据和科学指导。
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