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滑带土作为滑坡的重要组成部分,是滑坡形成、发育、演化的最主要控制因素之一。滑带土的抗剪强度参数是进行滑坡稳定性评价与抗滑工程设计所需要的重要参数,开展滑带土的剪切强度特性研究对于滑坡灾害的防治具有重要的现实意义和指导价值。滑带土的应变软化特性是边坡产生渐进性破坏的本质原因,如何基于滑带土剪切强度特性建立边坡渐进性破坏分析模型并对滑坡的渐进性破坏过程进行正确的分析,是学术界和工程界共同关注的问题,也是值得深入研究的课题。本论文针对一实际边坡,综合利用室内试验、理论推导及数值模拟等手段进行了基于滑带土强度特性的边坡渐进性失稳分析。开展了室内环剪试验、三轴试验和微观结构试验;根据试验结果和理论分析建立了土体应变局部化模型;将所建立的模型嵌入到有限元分析软件,运用数值分析手段对所分析边坡由于坡脚局部滑动而导致的渐进性失稳过程和最终状态进行了系统研究。主要研究内容与成果如下:(1)滑带土的残余强度特性研究。针对现场取得的滑带土试样,系统开展了环剪试验,以揭示滑带土在大剪切位移条件下的残余强度特性。由于此类滑带土与一般黏性土相比粗颗粒含量较高,属于含粗粒细粒土,论文重点关注了粗颗粒含量对土体剪切特性的影响。结果表明滑带土在大位移剪切作用下表现出应变软化的剪切特性,一般经过80-100mm的剪切位移滑带土逐渐达到稳定残余强度,应变软化规律不同于一般黏性土,残余强度指标与粗颗粒含量呈非线性正相关关系。另外,滑带土在剪切过程中的竖向沉降与法向应力有关,同时与粗颗粒含量有关。试验结果还表明,剪切速率对于滑带土残余强度的影响与法向应力条件有关,总体来说在充分排水条件下,影响幅度在正负3%以内。在试验基础上,针对实际边坡利用反分析方法推算出了滑带土的抗剪强度参数,并与试验结果进行了对比,认为对于获取滑带土的残余强度指标,环剪试验是一种较为理想的试验方法。(2)滑带土剪切强度特性的微观机制研究。通过对环剪试验前后的剪切面开展微观观测与分析,研究了大位移剪切条件下剪切面的颗粒定向排列特征、孔隙特征、颗粒粒径分布及颗粒形状等微观特征的变化情况,从微观角度揭示了滑带土强度的发挥机制,并利用分形理论建立了滑带土残余强度的微结构模型。试验揭示,剪切面上的颗粒在连续剪切作用下产生了沿着剪切方向的定向排列,较小的颗粒数目增多,且颗粒形状有一定改变,变得较为狭长。同时,在剪应力作用下剪切面的孔隙率有所提高,导致水分向剪切面富集,提高了剪切面的含水率。由于环剪试验过程中剪切面微观结构变化对应着滑带土在宏观力学性质上的特征,所以进一步利用周长-面积方法对滑带土剪切面进行了分形分维研究。结果表明,不同粗颗粒含量条件下剪切面土颗粒具有明显的分形特征,通过拟合技术得到对剪切面分形维数,与滑带土的残余强度指标具有较好的负相关关系,由此提出了滑带土剪切面的微结构模型,建立起滑带土微观结构与宏观残余强度之间的联系。(3)滑带土的应变软化全过程特征研究。为研究更加复杂应力条件下滑带土的残余强度特征,提出了三轴切面试验方法,根据常规三轴试样和切面三轴试样的极限强度分别获取了滑带土的峰值强度和残余强度,结果表明从峰值强度到残余强度,滑带土的黏聚力指标大幅度下降,而内摩擦角指标出现小幅度降低。通过整合常规三轴试验及三轴切面试验结果,提出了基于三轴试验的滑带土应变软化全过程曲线的获取方法,揭示了复杂应力条件下滑带土的强度衰减规律。(4)滑带土的应变局部化模型。基于梯度塑性理论和弹塑性理论,推导了考虑应变软化的Mohr-Coulomb屈服准则,通过将软化参数的拉普拉斯项引入到材料的屈服方程中,使得土体中任意一点的屈服状态不仅与该点的软化参数有关,还受到临近区域软化参数的影响,并推导了其有限元求解格式。基于试验获取的土体软化全过程曲线,得到了软化模型中需要的基本参数。推导了改进型4节点单元的有限元算法,利用Abaqus有限元软件的UEL用户自定义单元子程序将其嵌入有限元程序当中,在此基础上将基于梯度塑性理论的土体应变软化模型应用于常规三轴试验的数值模拟中,通过对比反映了所建立的模型基本摆脱了土体应变局部化问题中常见的偏微分控制方程丧失正定性以及计算结果过分依赖网格密度等问题,可以用于考虑土体应变软化力学特性的有限元计算。(5)基于变形控制的边坡渐进性破坏研究。基于所建立的土体应变局部化模型,开展了诱发于坡脚局部滑动、进而产生边坡渐进性失稳的计算模型和数值模拟研究。该计算模型通过初始应力场的构建还原边坡滑动的诱发因素、通过应变软化阈值提取应变场中的强度软化单元、通过应力重新分布构建新的应力场实现边坡渐进性失效的演化过程,揭示了滑动带内土体强度的发挥与衰减机制。计算结果表明,在坡脚局部滑动诱发的边坡渐进性破坏过程中,塑性区主要在滑动带和坡脚传播,随着渐进性破坏过程从坡脚位置逐渐向上部延伸,最终贯通。渐进性破坏过程揭示了滑动带不同部位土体强度的发挥程度:在滑动带的顶部和中间区域,土体的抗剪强度接近峰值强度,而在滑动带的坡脚位置抗剪强度接近滑带土的残余强度,其他位置介于峰值强度和残余强度之间。这一结果不仅揭示了边坡的破坏机理,也为边坡加固提供了思路和力量支撑。