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《成都理工大学》 2017年
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开挖黄土边坡失稳机理与预警判据研究

袁广  
【摘要】:近年来,随着黄土高原地区经济的发展,该地区的工程建设不断增加,随之产生的地质灾害也逐年增多,人类工程活动诱发的黄土滑坡呈急剧上升趋势,滑动规模越来越大,造成的损失也越来越严重。工程开挖诱发黄土滑坡的危害较大,且其形成、演化的过程不易观测,具隐蔽性及滞后性,黄土边坡开挖后一旦发生失稳破坏,必将造成严重后果。因此,对开挖黄土边坡进行研究具有重要意义。本文以兰州市沙井驿滑坡这一典型开挖型黄土滑坡为研究对象,对研究区的地质环境背景资料进行收集和调查,并对滑坡进行详细的实地调查;通过不同应力路径下的室内三轴试验、选取典型剖面概化后的数值模拟分析、黄土边坡开挖物理模拟试验以及三维数值模拟等对开挖黄土边坡进行研究,并将模型与边坡原型进行有机结合,基于坡体变形基本特征、特征部位监测点、开挖过程中安全系数的变化以及塑性区贯通情况等,运用坡体裂缝发展情况、监测点变形曲线特征、安全系数变化及塑性区贯通情况等建立开挖黄土边坡变形破坏动态预报体系。通过研究,得到以下几点结论:(1)沙井驿滑坡为一大型的牵引式堆积层—基岩接触面滑坡,坡体上发育大量裂缝,将坡体切割成条带状及块状,导致坡面完整性差。(2)通过室内试验得出,坡体主要由颗粒不均匀、良好级配的粉土组成;通过直剪试验测得不同含水率下原状土样及重塑土样的c、φ值,发现原状黄土试样的结构性较好,且其中含有其他成分的杂质,导致条件基本相同的情况下原状土样的力学参数不同于重塑土样。(3)进行不同应力路径下的室内三轴试验,发现相同条件下土体在RTC路径下破坏所需的偏应力均小于CTC路径,即卸载三轴试验中土体更易发生破坏;试验过程中,常规三轴试验与卸载三轴试验偏应力增加量相当,但常规三轴试验剪切过程中围压不变,轴压不断增大,荷载更多的由土颗粒间的水来承受,卸载三轴试验中,围压不断减小,对试样的束缚逐渐减小,土颗粒间的水承受的荷载相对较小,因此,相同条件下,RTC路径的孔压比小于CTC路径。(4)影响该边坡稳定性的因素有很多,通过数值模拟发现,开挖速率越快、放坡角度越大,坡体稳定性越差;通过开挖黄土边坡三维数值模拟得出,随着开挖的进行,坡体变形、剪应变增量等均不断增大,应力集中越来越显著,坡体稳定性逐渐降低,最终,剪应变增量发生贯通、安全系数小于1、变形不断增大,坡体发生失稳破坏。(5)通过开挖黄土边坡室内物理模拟试验,得到开挖黄土边坡失稳过程为:坡体无变形→前缘小型掉块现象→后缘产生张拉裂缝→原有裂缝扩展,并产生新裂缝→后缘坡面裂缝基本贯通→裂缝贯通,形成近似“圈椅状”滑坡后壁轮廓。(6)根据开挖黄土边坡的变形破坏特征以及开挖黄土边坡室内物理模拟试验,将模型还原至原始边坡,得出边坡的稳定性判据、切线角判据、速度及加速度判据、塑性区贯通率判据,并构建开挖边坡动态破坏体系,研究表明切线角大于86°、塑性区基本贯通作为开挖黄土边坡的失稳判据。
【学位授予单位】:成都理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:P642.22

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