三趾马红土水敏特性试验研究

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黄土区域的大中型滑坡,主要沿黄土-三趾马红土的接触层形成,这种滑坡又叫做黄土与三趾马红土(基岩)复合滑坡,占据黄土滑坡总量的一半以上。三趾马红土往往是这种滑坡不断出现和复活的基本控制原因。三趾马红土黏粒成分丰富,在自然状态下含水率低、力学强度高、透水性较弱,且土壤遇水后变软、容易蠕变流滑,产生软弱面。雨季降雨通过黄土垂直入渗,使三趾马红土层吸水软化,强度衰减并蠕动,进而导致上覆土层沿接触面发生滑移,产生滑坡。因此三趾马红土往往成为此类滑坡频繁、强烈发生的基本控制因素,此类滑坡也可称为受三趾马红土控制的黄土滑坡。因此本文以三趾马红土为研究对象,采用土水特征曲线、崩解试验、吸水试验、强度试验与蠕变试验的手段,开展三趾马红土的水敏特性研究,分析了三趾马红土水敏性指标随初始含水率变化的敏感性,同时为三趾马红土诱发黄土滑坡机理研究提供了参考的依据。主要研究成果如下:(1)揭示了初始含水率对三趾马红土土水特性的影响规律。通过制备不同初始含水率的三趾马红土并进行部分饱和脱湿,部分参照对比,利用滤纸法对试样开展土水特征研究,结果表明:三趾马红土基质吸力与初始含水率成反比。在高饱和度下,三趾马红土未脱湿比脱湿后的基质吸力都要大,且未脱湿土样比脱湿后土样的基质吸力对初始含水率变化的敏感度要低;在低饱和度下,三趾马红土未脱湿比脱湿后的基质吸力都要小,且未脱湿土样比脱湿后土样的基质吸力对初始含水率变化的敏感度要高。(2)阐明了初始含水率对三趾马红土崩解与吸水特性的影响规律。通过制备不同初始含水率的三趾马红土并进行部分饱和脱湿,部分参照对比,开展试样的崩解特性与吸水特性研究,结果表明:饱和脱湿前后试样的崩解速率、吸水速率与试样初始含水率均成反比关系;在同一初始含水率条件下,未经历过饱和脱湿的三趾马红土崩解速率、吸水速率要高于饱和脱湿后的三趾马红土。(3)分析了初始含水率对三趾马红土强度水敏特性的影响规律。通过制备不同初始含水率的三趾马红土,开展试样的强度特性研究,结果表明:三趾马红土初始含水率与抗剪强度成反比;不同初始含水率下试样应力应变曲线类型均为应变软化型,初始含水率越低应力降越明显,低初始含水率下试样脆性剪断特征明显,高初始含水率下应力应变曲线强度硬化阶段更长,试样塑性流动特征显著;随着初始含水率的增高,试样的c值总体呈现下降趋势,而φ值的变化无明显规律。c值的变化范围在171~421k Pa,φ值的变化范围在14.57~36.13°。(4)分析了初始含水率对三趾马红土蠕变水敏特性的影响规律,并建立了三趾马红土的蠕变本构模型。开展不同初始含水率下三趾马红土蠕变试验,分析了初始含水率对试样蠕变水敏特性的影响规律;分别采用Singh-Mitchell经验模型、Mesri经验模型和元件模型对蠕变试验曲线进行了拟合。结果表明:三趾马红土蠕变特征显著,试样初始含水率越大,其蠕变变形量越大;元件模型与试验结果较为接近,明显优于经验模型;三趾马红土蠕变后长期强度较瞬时强度降低明显,并受初始含水率影响显著。初始含水率越高试样长期强度越低,强度损失率25.58%~31.33%。(5)揭示了三趾马红土水敏性指标随初始含水率变化的敏感性。定义了三趾马红土水敏性指标,阐明了三趾马红土水敏性指标随初始含水率变化的敏感性。结果表明三趾马红土水敏性指标随初始含水率变化敏感性关系为:蠕变水敏特性>土水特征>吸水特性>崩解特性>强度水敏特性。
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