黄土振动四促效应研究-机车振动促裂、促崩(解)、促渗、促滑效应

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长期机车振动和降雨入渗的联合作用可导致铁路边坡失稳变形而侧挤铁轨,对铁路的安全运营造成极大的隐患,因此机车振动与水联合作用下产生的铁路沿线的滑坡和崩塌引起学界的广泛关注。本文对黄土受机车振动和水联合作用而产生的“促裂、促崩、促渗、促滑”的四促效应进行了系统的野外调查、室内外试验和机理分析,获得以下成果:(1)利用室内试验模拟机车振动和水联合作用下的黄土裂隙发展演化过程,发现机车振动与水联合作用下黄土裂隙的数量显著增多,裂缝发育过程中存在微裂隙的愈合现象。基于非饱和土力学提出了振动促裂的微观力学演化机制,即机车振动一方面加速了孔隙气体的排出,另一方面加速了黄土颗粒的相互滑移,造成了短时间内黄土颗粒的重新排列,宏观上表现为在黄土体薄弱点产生微裂隙;机车振动加速了黄土入渗,孔隙水的迅速增加弥补了孔隙气压力的迅速减小,愈合了原有的部分微裂隙;随着机车振动与水的共同作用不断推移,基质吸力、表面张力和渗透斥力引起了水平拉伸应力增加,促进了裂隙的形成和扩展。(2)机车振动引起了黄土试样崩解的边界破坏效应,促进了黄土试样内部软弱结构面的发展,加速了黄土崩解并提高了崩解程度。由室内崩解试验发现机车振动作用下黄土试样的崩解率及其增长率均明显高于非振动作用下的,初始含水率较低且试样尺寸较小的黄土试样对机车振动的响应最积极。机车振动促崩效应演化过程主要分为两个阶段,第一阶段机车振动作用导致试样内部气体大量排出,气泡逸出的膨胀力造成表层已经饱和的黄土颗粒大量脱落,黄土试样薄弱区产生微裂隙;第二阶段黄土微裂隙在机车振动和水的共同作用下扩展和贯通,试样崩解成多个块体,表面积增加加速了气体的逸出,减小了黄土之间的胶结,推动了黄土的崩解过程发展。(3)室内外黄土渗透试验表明在降雨条件下,振动作用会加速水沿已形成的裂缝下渗,其速率为正常入渗速率的几倍甚至十几倍,这就使得表层土体迅速达到高饱和状态,饱和时间大大缩短。机车振动作用对于黄土斜坡水循环影响主要表现为机车振动加速黄土斜坡入渗,促进了落水洞和裂缝的发展,对斜坡渗流和应力场的变化影响较大。(4)机车振动和水的联合作用改变了黄土的孔隙结构,促进了黄土微裂隙和连通孔隙的发展,促进了黄土饱和过程,造成了局部黄土崩解作用加强。在微裂隙不断扩大和贯通过程中,斜坡体内软弱结构面逐步演变成潜在滑动面,进而诱发黄土滑坡。振动促渗和促裂效应贯穿整个滑坡发育过程,振动促崩效应主要集中在黄土饱和区,振动促滑效应是振动促裂、促渗和促崩效应的放大、叠加、融合和最终结果。
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