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滑坡是最为常见的自然灾害类型之一,由于滑坡物质组成的不同、地质结构以及诱发因素的不同,滑坡的分类多种多样。碎石土滑坡是近些年来提出的滑坡类型,它的出发点是更多地考虑碎石土的物质组成特点对坡体内部渗流、变形破坏机制的影响。碎石土的颗粒组成非常不均匀的,它的宏观力学本构与颗粒分布均匀的土肯定存在差别,更为重要的是不均匀的颗粒分布极易导致渗流优势通道的形成。
优势渗流是渗流通过优势管网的流量大于基质渗流的流量,它可以解释许多滑坡中地下水变化的特有现象。但是由于优势渗流具有明显的空间结构性,必须有一定的空间尺度才能保证优势管网的发育。本文以碎石土斜坡为研究对象,设计制作了可以容纳完整优势管网的试验装置,并且实现降雨入渗和水平渗透边界条件,构建了一个可以用于研究碎石土斜坡内部优势渗流过程的实验单元。通过染色示踪试验,展示了碎石土斜坡优势流的形态和分布特征;通过降雨及渗透试验具体研究了颗粒组成结构、降雨、地下水、降雨与地下水耦合等内外部因素对碎石土斜坡优势流发展的影响。
其后,在一个更大尺度的模型试验平台上,设计了一个概化的碎石土斜坡模型,在模型上通过降雨试验斜坡的破坏过程。在试验中,不仅观察到了优势渗流管网的形成,也观察到优势渗流对坡体变形和破坏的影响,证实了优势渗流对碎石土边坡稳定性研究的重要意义。
由于碎石土材料颗粒组成的特殊性,运用相似理论进行碎石土边坡的模型试验,满足材料参数相似的难度更大。通过引入畸变模型的概念,本文提出了碎石土边坡物理模型试验畸变修正方法,包括模型畸变的前期补偿法和模型畸变的后期修正法。根据畸变修正模型数值分析成果,对模型试验的结果进行了修正处理,其结果与DDA计算成果具有较好的一致性,证明畸变模型的后期修正法是合理的。