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对土的抗剪强度、变形特性、持水性能以及本构关系等基本特性的研究是开展土的力学性能、进行数值模拟的前提和基础,是研究边坡失稳及滑坡变形发生、发展等问题的出发点和落脚点。对在原位应力状态下土的特性研究来说,如何在现有的设备条件下最大限度的模拟实际情况,制定合理的研究方案获得可靠的实验数据,对于工程的实际应用和科学研究具有重大意义。 水库蓄水运行后,库水的调度极大的改变了库区涉水边坡的水文条件。库水位的循环涨落,势必会引起水面以下土体内部孔隙水压力的循环变化。那么,该如何模拟土体内部孔隙水压力循环变化对土体变形产生的影响呢?滑坡在滑动破坏前,往往不是通过一次滑动就达到破坏,而是经历了多次的滑动变形,每一次变形过后滑坡都有一个应力调整(应力释放)的过程,调整过后滑坡重新处于稳定状态,如此经过多次渐进式的剪切直至最终达到剪切破坏。那么,又该如何模拟土体经过多次循环剪切,最终达到剪切破坏呢?滑坡内部的土体,不仅其水分是一个干湿循环的动态过程,而且其自身还承受着周围土体的固结压力作用。那么,在进行土体的持水性能研究时,是否应该将干湿循环同固结压力同时考虑呢? 以上的三个问题,都涉及到土体的原位应力状态。本文以上述问题为出发点,依托项目组的课题,以乌东德小汊头滑坡滑带土为研究对象,对其在原位应力状态下的力学特性进行试验研究,以期得到土体在原位应力状态下的变形规律和变形方式,揭示土体的变形机理,为工程的实际应用提供借鉴和指导。主要研究内容及成果如下: 1)设计和制定反映库水循环加卸载的原位应力状态下滑带土的应力-应变试验方案,用GDS三轴试验仪开展了不同轴压下乌东德小汊头滑坡滑带土在孔压循环加卸载原位应力状态下的应力-变形特性试验研究,得出了滑带土在库水循环加卸载原位应力状态下的变形规律和变形机理。结果表明:循环过程中,土体的剪切应变是一个台阶式、整体呈上升的趋势,主要是因为土体在非等向压缩应力下,孔隙水压的加载过程造成土体的净平均应力减小,从而使土样接近临界状态,土体的内部结构受到损伤。而土体的体应变随孔压的加卸载是一个循环的弹性变化过程。 2)用 Temper压力膜仪开展了四种不同干密度下的滑带土土水特征曲线试验研究,以反映不同深度处的滑带土的持水性能;用自主研制的多功能土水特征曲线试验仪开展了滑带土在固结压力下的干湿循环持水性能试验研究;得出了小汊头滑坡滑带土在原位应力状态下的持水特性。结果表明:在固结压力作用下,土样的持水性能随压力的增大而减弱,且随着干湿循环次数的增多而减弱。 3)设计试验方案,模拟滑坡土体经过多次渐进式的滑动最终剪切破坏的方式,用应变式直剪仪开展了不同干密度下的滑带土渐进式剪切破坏试验,得出了滑带土在此种原位应力状态下的剪切破坏特征及机理。结果表明:经过反复循环剪切(不达到其破坏强度)的试样,其抗剪强度的峰值较未经过循环剪切式样的稍大,但试样强度的发挥很快过程很短(较短的时间内增长至峰值),土的弹性变弱、塑性增强。 论文的主要贡献及创新点: 1)制定反映库水循环加卸载的原位应力状态下滑带土的应力-变形试验方案,开展模拟试验,得出了在孔压循环加卸载应力路径下土体的变形规律、变形方式及变形机理。目前进行循环加卸载试验的研究很多,但单独进行孔压循环加卸载试验的相对较少,由于循环加卸载试验时间较长,本文每组试验进行了10次循环,该项研究成果无疑为孔压循环加卸载下的变形研究提供了宝贵的试验数据和经验。 2)多数的循环剪切试验,研究的是土体剪切破坏后的残余强度,而很少模拟滑坡渐进式剪切过程中的变形模式。本文模拟的是滑坡经过多次渐进式的剪切,最终达到破坏的这种模式,并且分析了变形模式的内在机理,这无疑为滑坡的监测和治理提供了重要的依据。 3)本文将乌东德库区小汊头滑坡土体真实存在的原位应力状态,成功的转移到实验室中进行试验研究,为乌东德库区滑坡的监测和治理提供依据,这种方法的可行性为库区其他类似滑坡的研究提供了新思路。