干湿循环作用下土-岩接触面剪切力学特性劣化规律试验研究

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本论文以乌东德库区鲹鱼河右岸滑坡群中典型的堆积型滑坡—大坪地滑坡为研究对象,在地质资料分析、现场探勘调查、监测资料分析基础上,分析了滑坡的形成机理和变形演化机制。模拟水库蓄水及运行过程,进行了干湿循环作用下土-岩接触面剪切力学试验,并结合试验结果,对大坪地滑坡变形演化过程进行了数值模型分析。主要得到如下研究结果:(1)大坪地滑坡是一个典型的堆积型滑坡,覆盖层结构松散,乌东德水电站蓄水运行之后,滑坡体朝鲹鱼河方向产生了明显了变形,累计最大变形达到了856.21mm。分析发现,随着库区运行,蓄水过程主要分为三个阶段,分别是快速蓄水阶段、慢速蓄水阶段、高水位阶段;综合监测资料分析发现,大坪地滑坡的变形主要是由于水库蓄水导致滑坡岩土体物理力学参数降低引起的,其中,覆盖层土体与基岩接触面的抗剪性能降低是最主要的影响因素。(2)水库蓄水运行后,滑坡岩土体的含水状态明显变化,土-岩接触面的剪切试验结果显示,相较天然状态,饱和状态下土-岩接触面的抗剪强度劣化幅度在32.17%~35.58%,对应黏聚力和内摩擦角降低了30.10%和23.24%,这也是水库蓄水阶段大坪地滑坡产生明显变形的主要原因。(3)在土-岩接触面剪切试验基础上,采用离散元软件,进一步分析了基岩粗糙度对土-岩接触面抗剪性能的影响,计算结果显示:随着基岩粗糙度系数增加,土-岩接触面抗剪强度逐步提升,当粗糙度JRC小于7.84时,土-岩接触面抗剪强度变幅较小,当粗糙度大于7.84时,抗剪强度变幅逐渐增大;借鉴Barton提出的JRC-JCS模型,建立了土-岩接触面抗剪强度经验公式。验证分析表明,经验公式计算结果与试验值吻合较好。(4)在库水位周期性升降作用下,消落带岩土体处于干湿循环状态,试验结果显示,在12个周期的干湿循环过程中,土-岩接触面的抗剪强度呈现“先快后慢”的劣化规律,其中,前5周期劣化速度较快,劣化幅度为15.94%~27.94%,5个周期之后逐渐趋于稳定,12个周期总的劣化幅度为20.37%~31.01%;从干湿循环作用下土-岩接触面的剪切破坏特征可以看出,土体对于岩板的黏附作用逐渐减弱,岩板粗糙度逐渐降低。在干湿循环作用下,覆盖层土体的抗剪强度和基岩的单轴抗压强度呈现与土-岩接触面一致的劣化规律。(5)干湿循环作用下土体和基岩物理力学性能的劣化是影响土-岩接触面性能劣化的主要原因。总结起来,土-岩接触面剪切力学性能劣化机制主要有三个方面的:一方面是干湿循环作用下土体中胶结物损失,导致土体对于岩板黏聚力下降;另一方面是干湿循环作用下基岩的力学性能劣化,基岩面的粗糙度降低,而且在剪切过程中,基岩面上的凸起位置更容易发生破坏;第三个方面,在干湿循环过程中,土-岩接触面上的渗流通道,带走了土-岩接触面上的大量微细土颗粒,使得土-岩接触面贴合度降低。(6)考虑乌东德水库的蓄水过程,结合试验得到的岩土体参数,对不同蓄水阶段大坪地滑坡的变形情况进行了数值模拟分析,计算结果显示,蓄水阶段的滑坡体变形计算结果与监测数据吻合较好,说明论文的分析思路是合理的。考虑干湿循环作用下滑坡岩土体参数的劣化趋势,对大坪地滑坡后期的变形趋势进行了计算分析,结果显示,在长期库水位周期性升降变化作用下,滑坡体的变形有持续增大的趋势。
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