非饱和黄土滑坡失稳机理研究

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近年来,在黄土高原地区由于农业不合理的灌溉、城市建设过程中管道漏水等因素诱发的滑坡灾害越来越多,其发生时间并不是集中在雨季,危害大,成为我国黄土高原地区典型的滑坡灾害类型。该类滑坡的稳定性评价用非饱和土力学理论更符合实际情况。本文以甘肃东乡由于管道漏水诱发滑坡为典型实例,结合甘肃黑方台灌溉诱发滑坡,通过野外调查、物理力学实验和数值模拟等方法,研究了非饱和黄土的力学特征、滑坡渗流场的变化和稳定性。主要研究成果如下:(1)对甘肃东乡、黑方台地区马兰黄土进行土水特征曲线测试,分析研究区黄土的吸力范围,针对目前常用的土水特征曲线模型,进行拟合分析,认为常用的土水特征曲线模型Gardner、Van Genuehten和Fredlund and Xing都适用于研究区黄土。根据土水特征曲线模型,估算非饱和渗透系数,并对Gardner和Van Genuehten模型进行吸湿脱湿过程渗透系数不同进行比较分析;(2)针对黄土的非饱和渗透系数,以甘肃黑方台焦家崖头13号滑坡为例,模拟灌溉造成地下水位上升趋势,对甘肃东乡滑坡进行非饱和-饱和的渗流场模拟,分析了灌溉四十年地下水位的变化,东乡管道漏水坡体内部入渗一年的影响范围;(3)对甘肃东乡马兰黄土进行控制基质吸力的直剪试验,基质吸力分别为50、100、150和200Kpa,竖向荷载分别为50、100、150和200Kpa,发现该地区的黄土整体呈硬化型,对非饱和强度进行分析,发现随着基质吸力的增加,摩擦角基本不变,基质吸力对强度的贡献在50到100Kpa贡献变化较大,同时对简化Bishop、Fredlund与卢宁强度理论进行分析,发现简化Bishop和Fredlund强度理论较适合研究区黄土;(4)通过东乡黄土等偏应力增湿非饱和三轴试验,分别控制轴向压力不变,围压不变,吸力逐渐减小过程,土体在剪切过程中发生剪缩,在偏应力较小下,吸力的减小也能使土体发生破坏。在偏应力较大情况下,土体在饱和状态发生应变,随吸力的变化应变和体变变化不明显;(5)结合甘肃东乡县城滑坡和黑方台焦家崖头13号滑坡滑坡渗流场模拟,对传统的土力学理论与非饱和土力学理论进行稳定性分析,在非饱和状态下非饱和土的强度理论稳定系数大于传统饱和土理论的安全系数,在土体饱和时达到统一。同时,土水特征曲线吸湿脱湿过程两者的不同渗透系数对的稳定性也有一定的影响。
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