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上世纪七十年代以来,灌溉诱发黄土滑坡愈发广泛。其中黄土-泥流因其持时短、威胁范围广,日益受到关注。本论文通过野外调查、现场试验、室内试验及模拟分析首先总结了该类滑坡发生的地形地貌、地下水及物质条件,进一步研究了灌溉作用诱发的滑坡-泥流的孕育、发展和最终发生的整个过程,具体开展了以下方面研究。 对灌溉诱发的黄土滑坡-泥流进行现场调查,结果表明该类滑坡形成具有特定的地形地貌、地下水以及物质条件。滑坡发生区一般位于冲沟沟头,使滑坡体具有高的潜在势能和流通的渠道,坡体或者台塬内部具有较高的相对隔水层从而能够在灌溉作用下形成上层滞水,滑体结构疏松,饱和含水量大于液限,一旦扰动,由固态迅速转化为流态,形成泥流。 在华县高楼村滑坡现场做双环渗水试验获得各地层的饱和渗透参数,结合张力计测得相应地层的水土特征曲线得出各地层的非饱和渗透性函数。对其在渠道渗漏作用下的渗流场进行了模拟,根据模拟结果,计算获得了不同灌溉时间台塬斜坡的稳定系数。结果表明古土壤为相对隔水层,在渠道渗漏作用下,斜坡上部土体虽处于非饱和状态,但在相对隔水层却可能形成了上层滞水饱和带。该坡体在灌溉作用下首先在S3地层形成饱和带,随着水位不断抬升,最终导致滑坡。 对华县高楼村滑坡潜水位以上的地层配制不同的含水率进行三轴固结不排水试验,研究黄土在不同含水量不同应力环境下的变形破坏模式。结果表明黄土在三轴应力环境下有劈裂、剪切和鼓胀三种破坏模式。劈裂破坏发生在低围压和低含水量情况下,破裂面方向与最大主应力方向一致,应力-应变曲线为典型的应变软化型,出现峰值以后,有显著的应力陡降段;剪切破坏出现在中等围压和中等含水量的情况下,具有明显的剪裂面,剪裂面和最大主应力斜交,应力-应变曲线也呈应变软化型;鼓胀破坏出现在高围压和高含水量条件下,是典型的塑性变形,试验后试样外鼓,轴向缩短,无明显剪裂面。潜水位以上地层主要为剪切和劈裂两种模式,因此在滑坡体非饱和部分滑动瞬间会产生较大的加速度。 对饱和试样进行三轴不等压固结,然后保持试样所受总应力不变而持续逐级施加反压至试样破坏的试验方案模拟地下水位上升的过程。结果表明试样在该应力路径下所得的有效残余粘聚力几乎为零,可见在水位不断抬升的过程中,饱和土体的结构逐渐被瓦解,当实验卸除围压作用后,试样基本呈流态。由于非饱和层的变形将会将部分荷载转加于饱和层,所以对该组饱和试样又进行了CU试验。结果表明,在很小的应变下将会产生较大的超孔压,这说明斜坡变形会产生更高的孔隙水压,导致瞬时强度丧失,产生高速滑动。 采用滑坡滑道上所取扰动试样的进行环剪试验,结果表明滑道上土的有效残余摩擦角为21?,稳定残余强度为5kPa;有效残余粘聚力近乎为0。当滑体开始运动时,抗剪强度与正应力无关,总残余摩擦角接近0,饱和滑动带呈流态。饱和带对滑坡体上部的非饱和层起着浮托的作用,因此滑体能在流通区以很高的速度下滑。采用环剪试验所得强度参数结合现场地形测量数据对该滑坡泥流进行运动学模拟,取得了滑坡转化为泥流后的运动距离和覆盖范围,结果和实际堆积范围基本吻合,由此可为潜在滑坡致灾范围的预测提供一种可行的方法。 结合试验及模拟结果将滑坡-泥流的形成分成了滑坡的形成和泥流的形成两个部分,滑坡的形成过程分为5个阶段,即饱和带的形成、饱和带的形变、坡体形变、饱和带液化、滑坡转化为泥流。饱和带的形成主要是由于各地层渗透性的差异,在相对隔水层古土壤S3层上容易形成饱和带;随着地下水位不断抬升,由于饱和带含水率大于塑限在外部力作用下很容易产生形变,饱和层的形变会使得上部地层应力重新分布,局部开裂或形成剪切面;由于地下水位抬升引起饱和层静水压力的升高,上部地层因开裂而转移于饱和层的荷载会在饱和带产生超静孔隙水压力从而产生液化;由于滑动带饱和土体结构疏松,结构的瓦解以及滑动时的应力的释放使得饱和带呈现流体状态,沿沟谷产生高速的流动。