土石混合体边坡失稳机制及稳定性研究——以玛纳斯河流域为例

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土石混合体作为一种特殊的岩土体,在我国分布广泛,由于其物质组成特殊性,目前国内外研究多重于对土石混合体物理力学性质的研究,但对土石混合体边坡的研究较少。在玛纳斯河流域,土石混合体边坡分布较广,但对于土石混合体边坡的自身稳定性及维稳极限的研究较少,对边坡的变形破坏及失稳机制的研究也较少。随着大量基础设施建设的开展,土石混合体边坡的问题将凸显出来,因此对其稳定性和失稳机制的研究很有意义。  本研究在资料搜集、实地勘察的基础上,进行了原位试验以及数值模拟等一系列工作。首先研究了流域内工程地质概况,结合勘察和已有的资料研究分析了流域内土石混合体的分布及成因、土石混合体边坡的特征;在此基础上,选取试验点进行了多组土石混合体的原位水平推剪试验,得到了土石混合体的抗剪强度参数,并对试验结果进行分析,研究了土石混合体的变形破坏特点;在试验的基础上,以数值模拟的方法研究了含石量、块石空间分布、边坡结构对土石混合体边坡稳定性及失稳机制的影响,主要研究结论如下:  (1)在实地勘察的基础上,分析了流域内土石混合体的分布及成因和土石混合体边坡的特征。结果表明:冲积扇与冲洪积平原土石混合体分布广泛,上部地层呈典型的“二元结构”,多由河流的冲洪积作用形成;山地、丘陵土石混合体多位于河谷两岸,呈条带状分布,土石混合体成因以河流的冲积作用为主,但也有因重力堆积形成的土石混合体;按边坡结构分类,土石混合体边坡可分为一元结构边坡、二元结构边坡和三元结构边坡;流域内土石混合体边坡自然休止角较大,调研边坡平均坡高为14.1m,平均坡角为71.1°,而且边坡整体处于稳定状态,仅局部有掉块现象。  (2)通过对流域内土石混合体进行原位水平推剪试验,得到了土石混合体抗剪强度参数平均值,内聚力c为16.28kPa,内摩擦角φ为44.98°;水平推剪试验过程中有明显的剪应力峰值,剪应力-剪切位移曲线表现为完整的全应力应变曲线,剪应力-剪切位移曲线可以分为五个阶段,即挤密阶段、弹塑性变形阶段、初始屈服阶段、应变硬化阶段和破坏后阶段;对土石混合体的失稳路径进行了分析,发现土石混合体具有“绕石性”。  (3)含石量、块石空间分布、边坡结构对土石混合体边坡稳定性及失稳机制均有较大影响。边坡整体稳定性随着含石量的增加而有所提高,含石量较低时,土石混合体边坡的滑动带为圆弧形,边坡的失稳破坏为旋转型滑坡;含石量较高时,边坡的失稳破坏为底部土石混合体垮塌,顶部拉裂,形成垮塌-拉裂滑坡;含石量都为30%时,由于块石空间分布不同,边坡的失稳破坏可以分为旋转型滑坡和垮塌-拉裂滑坡两种,这是由于块石分布无规律性和因块石分布不同导致局部区域含石量过大所致;含石量都为30%时,由于边坡结构不同,边坡的滑动带可分为直线形和直线-圆弧复合形两种,都为平移型滑坡。
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