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汽车振动作用下黄土斜坡的动力响应及其致灾机理研究

李鹏  
【摘要】:以陕西北部地区广泛分布的黄土公路边坡为研究对象,采用野外调查、工程地质分析、现场监测、室内试验和微观分析相结合的方法,概化出典型黄土公路边坡变形破坏模式及特征,获取了汽车振动作用下黄土斜坡的动力响应和传播规律,测定了不同含水率、结构黄土的静力学和动力学参数和微观结构,在此基础上,揭示了黄土公路边坡的致灾机理。得出的主要结论如下:(1)黄土公路边坡的破坏类型主要为滑坡、崩塌和剥落,其中剥落根据其形态又可细分为条带状剥落、鱼鳞状剥落、片状剥落、蜂窝状剥落、楔形剥落和混合剥落。边坡灾害多为浅表层破坏,规模较小,主要发生在春夏季节,平面上以凸出的公路转弯处分布较多,崩塌主要发育在边坡的坡顶和废弃窑洞内,剥落分布在坡脚或斜坡中部。(2)边坡的振动响应随汽车荷载的增加而增强,其中凹形坡和路堑边坡的振动响应最为强烈。不同坡形的振动响应强烈位置不同:线形坡为靠近公路的转折端;凹形坡位于斜坡坡脚附近;阶状坡为靠近公路的一、二级坡;双面坡位于靠近公路一侧坡体中部;路堑边坡凹侧坡坡脚附近X方向波振动强烈,凸侧坡坡脚附近Z方向振动强烈。振动响应强烈的位置易发生边坡失稳破坏,与野外调查相吻合。(3)静力条件下,随着含水率的增加,黄土的内摩擦角减小,粘聚力先增大后减小。动力条件下,随含水率增加,土的力学指标急剧减小,与静力试验相比,内摩擦角振动2000次时增大,振动5000次时减小,粘聚力随振动次数的增加而增大。(4)天然状态下黄土的振动变形量较饱和时大,土体内孔隙越多,越容易发生振动变形。在低含水率状态下,静力和振动作用下黄土会沿软弱的结合部位形成微观裂隙,进而发展成宏观裂缝,但振动作用下裂缝更多,表明汽车振动下浅表层黄土易被振碎而形成潜在的不稳定块体。随着含水率的升高,土体结构被弱化或破坏,静动力作用下黄土颗粒会发生位置的调整,宏观上表现为鼓状。(5)斜坡形态和黄土类型是斜坡稳定的决定性因素,因汽车振动造成的结构破坏和与降雨共同作用造成的强度衰减是斜坡变形破坏的主要诱发因素。该问题的研究,对黄土公路边坡变形破坏机理的揭示和防护具有一定的理论和实际指导意义。


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