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本文通过现场调查和取样、室内试验和数值模拟,对滑坡的形成条件、影响因素、空间分布规律及原状黄土的工程特性、地下水位上升造成远程黄土滑坡的发生机理进行了较为系统的研究。
通过现场调查,查明泾阳南塬黄土滑坡主要有流动性滑坡、滑动型滑坡和崩塌三种类型,其中流动性滑坡是最常见的一种滑坡类型,具有滑程远、多期次等特点。滑坡的发生主要受控于以下2个因素,即由结构疏松的黄土构成的陡峭斜坡是滑坡产生的内在基本条件;人类引水灌溉使得地下水位上升,从而降低土体抗剪强度是滑坡产生的主导因素。
对原状饱和黄土开展了等压/偏压固结不排水剪(ICU/ACU)和常剪应力排水剪(CQD)试验。不排水试验表明土体的应力应变模式为强烈应变软化型,得到了其稳态线和潜在不稳定区,提出液化发生的必要条件就是土的状态位于或被带到潜在不稳定区域,并得到了饱和原状黄土的强应变软化模型:CQD试验表明土体破坏的启动摩擦角远小于稳态摩擦角,当其应力路径试图穿越不稳定区时发生不完全排水剪缩破坏,具有突发性,检验并证实了提出的不稳定区域的有效性;基于潜在不稳定区域的位置和斜坡土体的应力状态,提出了饱和黄土静态液化分析方法。
对原状非饱和黄土开展了常含水量试验(CW)和增湿试验。常含水量试验表明非饱和黄土的应力应变关系呈现弱硬化趋势;增湿试验模拟了非饱和黄土在基质吸力逐渐降低下的破坏特性,结果表明土体发生剪缩破坏。
根据以上三轴试验分析结果,提出了地下水位上升造成的远程黄土滑坡的静态液化机制,即黄土斜坡在灌溉或降雨入渗条件下由不饱和状态转化为饱和状态,潜在破坏面局部体土体由于孔隙水压力增加而发生排水剪破坏,破坏时剪切应变很小,由于土体具有剪缩性,破坏时在周围土体迅速形成超孔隙水压力,周围土体亦由于孔隙力的迅速增加而发生破坏,形成流滑破坏。
通过对水位上升条件下黄土斜坡进行非饱和渗流分析,得到了灌溉延迟不同时刻的渗流场。在地下水位逐年抬升的过程中,坡内土体的浸润线由下至上逐渐上升,影响范围在浸润线之上大约8m以内的区域,浸润线之上8m以外至地表附近的大部分区域含水量和孔隙水压力几乎不受影响,基质吸力基本保持100~120kPa之间。
最后,根据室内试验和渗流分析结果对滑坡发生机理进行数值模拟。初步得出灌溉诱发黄土滑坡的形成过程为:在地下水位逐年抬升的过程中,在饱水状态下坡脚土体最先出现塑性区;在继续灌溉下,塑性区逐渐向斜坡土体内部扩展,导致坡体后缘开始出现拉应力区;在后续灌溉下,坡体下部的剪切屈服区和坡顶的拉伸屈服区进一步扩展,最终形成贯通的滑裂面,位移速率迅速增加呈现塑性流动状态,导致流滑发生。
与试验分析对比可知,数值模拟结果较好地验证了前面提出的远程黄土滑坡的静态液化机理。