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《兰州大学》 2011年
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黄土的剪切行为和黄土滑坡

张帆宇  
【摘要】:黄土滑坡是中国黄土高原最近灾害性的地质过程之一,每年都导致大量的人员伤亡和破坏。黄土滑坡机理和稳定状态是一个重要的研究课题,对于滑坡灾害防治和风险评价具有重要的意义。鉴于黄土的剪切行为和黄土滑坡机理当前仍研究不足。为防止和减轻黄土滑坡在黄土高原地区进一步发生,加深认识非饱和黄土和饱和黄土的剪切行为,为分析非饱和黄土斜坡的演化机制和触发机理以及饱和黄土滑坡的高速运程液化移动和季节性复活机理提供理论基础、以及为黄土斜坡的稳定性和液化灾害评价提供科学合理的参数,因而,本论文使用大型环形剪切仪对兰州地区黄土进行静态加载条件下的大位移、多模式和多方案的非饱和排水剪切和完全饱和不排水剪切的试验研究。 为认识非饱和黄土的剪切行为,理解非饱和黄土斜坡的演化机制和触发机理,通过多阶的和单阶的排水剪切方法测试了不同含水量、剪切位移和正应力对剪切强度的影响。为理解饱和黄土的液化特性和灌溉诱发季节性复活的机理,研究了不排水条件下孔隙比和孔隙水中盐分浓度对饱和黄土剪切行为的影响。这些试验结果应用于兰州地区九州台的一个非饱和黄土滑坡和黑方台灌溉诱发的滑坡机理解释中。 非饱和黄土的排水环形剪切测试结果表明,含水量、剪切位移、正应力和测试方法对剪切行为和剪切强度参数,以及对剪切过程中的剪切带特征行为都有显著影响。对于含水量的影响,当含水量增加时剪切阻力降低,粘聚力开始增加直到一个临界值后快速降低到0,残余摩擦角降低到这个临界之后有轻微增加,剪切带的厚度和水分迁移能力降低;在剪切位移方面,剪切阻力、粘聚力和残余摩擦角,以及剪切带的厚度和水分迁移能力都是随着剪切位移的增加而增加;对于正应力的影响,阻力和剪切带的厚度和水分迁移能力是随着正应力增加而加大。对于测试方法的影响,多级环形剪切测试中的粘聚力比单级环形剪切测试中的高,而残余摩擦角在两种测试程序中没有明显的变化。 饱和黄土的不排水环形剪切测试结果表明,它们的剪切行为对土的孔隙比和水的盐分浓度是极其敏感的。从这些测试结果中可以发现,峰值强度和稳态强度都随着孔隙比的降低而增加,随着NaCl浓度增加而增加到一个临界值之后开始降低,发生去盐分效应后都恢复到初始不含盐分试样的状态。饱和黄土液化行为的评价结果表明,影响液化起动的静态液化阻力是随着孔隙比的降低和孔隙水盐分浓度的增加而增加的;评价失稳结果的脆性指数指标是与孔隙比有关的,但还依赖于剪切过程中孔隙水压力的增长模式,也就是,当孔隙水压力增加与剪切失稳同时发生时,脆性指数将随着孔隙比的增加而增加,当孔隙水压力增加发生在崩塌过程中时,脆性指数将随着孔隙比的降低而增加。同时,基于孔隙比和稳态强度的关系,建立了饱和黄土的稳态线。 基于以上的试验结果,解释了非饱和黄土斜坡的演化机制和没有触发条件下的自发式失稳以及黄土液化高速长距离移动和灌溉诱发的黄土滑坡季节性复活机理。对于非饱和黄土滑坡,这些失稳是与剪切过程中剪切带含水量增加导致剪切带的剪切强度降低有关的。对于灌溉诱发的黄土滑坡的季节性复活,这些复活是由于灌溉活动改变了地下水中的盐分浓度导致剪切强度的季节性变化造成的。 本文通过大量试验分析了在排水和不排水环形剪切测试中黄土的剪切行为,揭示黄土剪切阻力和剪切强度参数变化的原因,并利用这些结果解释了非饱和黄土滑坡突然自发失稳和灌溉诱发的黄土滑坡季节性复活的机理。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:P642.131

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