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高填方黄土边坡变形机理研究

张戈  
【摘要】:随着我国经济建设的迅速发展,大型黄土高填方工程已经成为各类基础设施建设项目中不可或缺的一部分。然而黄土高填方边坡失稳已经成为最危险的地质活动之一,其严重影响黄土地区的经济建设和城市化进程。本文以三门峡某高填方黄土边坡为研究基地,根据前期勘察资料,结合后期现场调查及试验结果,在掌握填方区土体工程性质的基础上,建立了高填方边坡地质数值模型;在变形特征、变形监测信息准确分析的基础上,揭示了温度、大气压、降雨入渗等外界不利因素对高填方黄土边坡稳定性的影响规律,分析了支护结构和边坡的相互作用机理;最后,确定了高填方黄土边坡发生大变形时的临界速度和临界加速度。通过上述工作,主要研究成果如下:(1)结合研究区支护结构的实际变形特征及变形发展过程,建立裂缝演化与土体填方加载高度的概化模型,并采用IBIS-L地形微变远程监测系统进行全方位实时监测。通过两个阶段近三个月的监测分析,得出监测数据与现场调查的变形趋势一致;生成的位移云图反映出填方边坡支护结构的变形主要集中在中部圆弧区域;(2)将IBIS-L系统的实时监测与现场温度监测相结合,得出研究区支护结构变形位移量与温度变化存在相关性,即位移变形曲线与温度变化趋势一致。应用有限单元法计算理论,得出抗滑桩在考虑温度变化条件下的变形量与温度差呈正比,定量解释了混凝土的热胀冷缩现象;将实时监测数据和温度、大气压数据相结合,得出位移变化趋势和温度变化一致,与大气压波动相反,即每天的高温时段对应大气的低潮汐,低温时段对应大气的高潮汐;而土体的抗剪强度与大气压波动的趋势相同,在大气低潮汐时,对应当天的高温时段,此时土体的抗剪强度最低;(3)在现场监测、室内试验和有限元数值模拟耦合计算的基础上,得出降雨入渗过程中,坡体内部会形成暂态饱和区,当坡表发育有一定深度的裂缝时,饱和区域会向下扩展,并集中分布在距离坡体表面4~8 m深度内,同时随着边坡土体饱和度的增加,其粘聚力的数值明显降低,内摩擦角的数值则变化较小;(4)依据监测资料、回归分析和边坡渗流模拟,得出降雨入渗引起的边坡位移往往滞后于降雨,并存在降雨累积效应,即边坡增量位移由最初的降雨过后十几个小时开始增长,到后来的降雨过后第三到四天才开始增长,孔隙水压力分布也由整体负值转化为由上到下呈负值—正值—负值的状态。同时计算出边坡出现大变形时,由蠕滑阶段进入到滑移阶段,再到溃滑阶段的临界速度和临界加速度。


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