【摘 要】
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为防治崩岗崩塌造成的水土流失,本文从裂隙特性、胀缩特性角度对崩岗崩塌机理进行研究,以湖北省通城县五里镇的崩岗土体为研究对象,在控制土体高径比条件、干湿循环条件下进行室内试验,在土样上方与侧面共设置两台相机进行定时定点拍照,结合数字图像技术提取裂隙、胀缩参数,对崩岗四个土层(表土层、红土层、过渡层、砂土层)的裂隙发育、胀缩变形规律进行定量分析。研究结果可为提高崩岗土体稳定性,防治崩塌的发生提供科学依
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“渗流-应力耦合作用下崩岗边坡失稳”(项目编号:41771307); 国家重点研发计划课题“三峡库区周边生态环境演变以及面源污染规律研究”(项目编号:2017YFC0505302);
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为防治崩岗崩塌造成的水土流失,本文从裂隙特性、胀缩特性角度对崩岗崩塌机理进行研究,以湖北省通城县五里镇的崩岗土体为研究对象,在控制土体高径比条件、干湿循环条件下进行室内试验,在土样上方与侧面共设置两台相机进行定时定点拍照,结合数字图像技术提取裂隙、胀缩参数,对崩岗四个土层(表土层、红土层、过渡层、砂土层)的裂隙发育、胀缩变形规律进行定量分析。研究结果可为提高崩岗土体稳定性,防治崩塌的发生提供科学依据。主要结果如下:(1)通过单次脱湿试验,将裂隙发育分为3个阶段:初步发育阶段、快速增长阶段、趋于稳定阶段。四层土中过渡层裂隙发育最显著,收缩开裂裂隙度达到18.78%;砂土层裂隙发育最不明显,收缩开裂裂隙度仅达到5.41%。而过渡层与砂土层在崩岗垂直剖面上为相邻土层,两者裂隙发育的较大差异性会破坏土体稳定性,促使崩塌的发生。(2)在控制土体高径比条件下进行脱湿试验,结果表明:同一高径比下,裂隙发育形态相似,各裂隙参数相差不大。不同高径比下,径向收缩面积随高径比的增加逐渐增大,开裂面积逐渐减小至无裂隙发育,土体形态由收缩开裂土样过渡至径向收缩土样,四层土的高径比具体临界值分别位于:0.147~0.160、0.160~0.180、0.160~0.180、0.134~0.147。且表土层、红土层、过渡层的收缩开裂裂隙度均在高径比为0.147时达到最大值:17.79%、21.85%、22.44%,砂土层在高径比为0.234时达到最大值5.90%。(3)对收缩开裂土样与径向收缩土样分别进行干湿循环试验,结果表明:随着干湿循环次数(T)的增加,干缩开裂土样,收缩开裂土样中表土层、砂土层裂隙形态基本未改变,红土层、过渡层裂隙形态整体趋于复杂化。裂隙参数中收缩开裂裂隙度、裂隙平均宽度逐渐减小后趋于稳定,裂隙总长度、裂隙总条数、裂隙交点个数、被分割的土块个数先增加后减小,各参数均在T=3后趋于稳定。径向收缩现象不再发生,轴向收缩率逐渐减小在T=4后趋于稳定。径向收缩土样的径向收缩率、轴向收缩率逐渐减小在T=3后趋于稳定。两种状态土样的径向膨胀率、轴向膨胀率变化趋势一致,径向膨胀率逐渐减小在T=3后趋于稳定,轴向膨胀率先增大后减小最后趋于稳定,在T=2时达到最大值。(4)采用Flexiforce传感器对土体进行受力测量,结果表明:收缩开裂土样径向受力受到径向拉张应力、裂隙发育的影响,在脱湿过程中约在开裂含水率wc左右达到最大值;轴向受力受到重力、轴向拉张应力、裂隙发育的影响,在脱湿过程中整体呈现下降的趋势。径向收缩土样径向受力主要受到径向拉张应力的影响,轴向受力主要受到重力、轴向拉张应力的影响。其中,土体的径向收缩率主要受径向拉张应力的影响,轴向收缩率主要受重力的影响。(5)将脱湿过程中土体形变的观测结果、定量分析结果、受力测量结果结合分析,可以将脱湿过程中的土体形变过程具体分为5个阶段:(1)轴向收缩;(2)上部土体先产生径向收缩,此时轴向减速收缩;(3)裂隙发育,土体整体径向收缩,此时径向、轴向均减速收缩;(4)裂隙骨架发育稳定,裂隙加深、拓宽,土体径向减速收缩,轴向收缩停止;(4)裂隙发育、收缩变形停止。
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