挡墙式锁固型滑坡锁固体破裂特征及机理研究

来源 :华北水利水电大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:sdsxw
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由于特定的地理环境和气候条件,我国滑坡灾害频发,仅2019年全国就发生滑坡灾害多达4220起,占地质灾害总数的68.27%,给人民的生命财产造成了巨大的损失。为了避免和减少滑坡灾害引发的损失,揭示滑坡失稳机理,建立有效的监测方法、预警方法以及提高滑坡防治水平具有重要意义。挡墙式锁固型滑坡是锁固型滑坡中一种重要类型,挡墙锁固体对该类滑坡的稳定起决定性作用,如能揭示锁固体的破裂特征、破裂模式、破裂机理、破裂动力特征,则对降低此类滑坡的失稳损失具有重要意义。本文以挡墙式锁固型滑坡的挡墙锁固体为研究对象,通过模型试验、数值模拟及理论分析重点研究了锁固体的破裂模式、破裂机制、破裂过程、破裂力学特征和破裂声发射特征,利用激光测振技术揭示锁固体破裂动力特征,揭示挡墙式锁固型滑坡失稳时锁固体动力特征和破裂特征。主要的研究内容及成果包括以下几个方面:(1)分析总结了实际挡墙式锁固型滑坡的地质特征、失稳特征和失稳机理。溪口滑坡组成物质具有上硬下软的双层结构特征。锁固段就像一道挡土墙,承受着上部滑坡沿潜在滑移面传递的大部分荷载,在上部坡体的长期荷载作用下,软弱基座向自由方向产生蠕变变形,从而加大了锁固段岩体的负荷程度。如果集中的应力大于锁固段的长期强度,锁固段会突发脆性断裂,致使滑坡发生。探讨了挡墙式锁固型滑坡失稳动力特征。(2)揭示了不同裂隙模式、不同粒径组成、不同长度水平裂隙锁固体,以及锁固体在不同轴压下的破裂机制、破裂过程、破裂模式、破裂力学特征和破裂贯通模式。通过室内压缩剪切试验揭示不同裂隙锁固体有五种贯通模式。不同裂隙模式的锁固体有不同的力学特征,第一种、第四种裂隙模式锁固体是脆性断裂,第二种、第三种、第五种、第六种裂隙模式锁固体是逐步断裂。不同粒径组成的锁固体裂纹起裂点和破裂模式不一样,三种粒径组成的锁固体峰值剪力及其对应的剪位移最大。实验表明,水平裂隙较长时,锁固体率先产生从顶面向水平裂隙尖端扩展的裂纹。当水平裂隙较短时,锁固体率先在在裂隙尖端和岩体中部产生裂纹,水平裂隙越长,锁固体强度损伤越大。轴压越高,锁固体产生的裂纹越趋于向下扩展,轴压越小,锁固体产生的裂纹越趋于水平扩展。锁固体破裂剪力图和破裂位移矢量图揭示了锁固体破裂机制。(3)揭示了不同裂隙模式、不同粒径组成、不同长度水平裂隙锁固体破裂声发射特征。声发射特征变化反映了锁固体裂纹演化状态。有裂纹产生,应力将下降,声发射特征增加,锁固体在峰值剪力形成宏观裂纹时,则声发射特征最强,锁固体在峰值剪力后产生二次破裂,则声发射特征再次增加,锁固体进入残余强度阶段,由于破裂锁固体之间的摩擦,声发射特征呈锯齿状,锁固体完全破裂后强度很弱,则声发射特征微弱。不同锁固体的声发射特征曲线有5种模式。(4)揭示了不同硬度无裂隙锁固体、不同硬度裂隙锁固体、不同长度裂隙锁固体和裂隙锁固体在不同轴压下动力特征参数随破裂的变化规律。锁固体初期被压密时,其频率会升高,直到到达临界破裂点,锁固体开始产生内部微裂纹,其频率开始快速下降,以此作为锁固体破裂前兆特征。当锁固体强度较低时,锁固体达到临界破裂点之后就会产生微裂纹,微裂纹会迅速发展成大裂纹,使锁固体剪断,使锁固体临界破裂点时刻和剪断时刻几乎重合。对锁固体施加的轴载荷越大,锁固体增加的频率越大,锁固体更快达到其临界破裂点。锁固体的裂隙长度对锁固体初始频率影响不大。(5)验证了锁固体破裂动力特征,揭示了挡墙式锁固型滑坡失稳破裂特征。以四川溪口滑坡为原型,在室内建立相似的缩比模型,对室内试验模型施加轴向载荷模拟挡墙式锁固型滑坡的失稳过程,同时用激光测振仪、应变片、引伸计、录像机全程监测滑坡失稳过程。试验表明挡墙式锁固滑坡失稳过程中锁固体动力特征变化规律和之前的研究结果一致。揭示了挡墙式锁固型滑坡失稳破裂特征,揭示了挡墙式锁固型滑坡失稳时轴载荷和轴位移变化特征,揭示了挡墙式锁固型滑坡失稳时滑坡应变特征。
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