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粉砂质粘土人工边坡动力稳定性试验研究

强毅  
【摘要】:近年来,全球进入地震多发期,尤其是环太平洋地震多发带,地震发生频次明显增加。随着我国经济规模不断高速发展,基础设施和城乡建设步伐明显加快,对山区地形地貌的人工改造程度也越发深入,大量的人工边坡因此快速产生。人工边坡的稳定性是影响社会经济和生命财产安全的重要因素,一旦发生失稳,造成的人身伤亡和财产损失后果十分严重。在地震动力作用下,人工边坡的稳定性更加脆弱,由于近年地震多发,造成我国尤其是西南山区人工边坡失稳现象日渐增多。对人工边坡的动力稳定性进行研究,查清人工边坡动力稳定性变化规律,不仅是人工边坡建筑和支护形式设计对稳定性基础理论的需要,也是保障人类生产生活环境的基本要求。 本文以在云贵高原广泛分布的粉砂质粘土为试验对象,结合振动台设备,对粉砂质粘土模拟边坡的物理模型进行振动稳定性试验研究。试验用边坡模型设计为3种工况,分别为坡面散体砼块压载、砼面板压载和无压载含水三种条件。 试验用振动台模型箱尺寸为L×W×H为1200mm×800mm×1000mm,针对不同工况进行试验的斜坡土体有所不同。分别在斜坡面和土体内部埋设加速度传感器、位移传感器及应力计,测试在振动过程中土体内部位移、压力和加速度变化值。 通过试验数据分析得出如下结论: 1)在试验条件下,当混凝土面板强度足够高时,随着振动加速度的增加,人工边坡内部土体结构会发生分化,产生一个明显的结构分界面。在结构分界面上部,土体密实度下降,结构疏松,在分界面以下,土体密实度上升,孔隙度下降。随着护坡混凝土块对上部松散土体的挤压,斜坡的整体坡角有所下降,斜坡土体总体密度有所提高,边坡有趋于更加稳定的倾向。 2)当混凝土强度不是足够高时,随着加速度的增加,混凝土面板中部偏下位置会出现剪切破裂口,并在该破裂处以滑坡形式发生破坏,且滑面与土体密度0变化面位置相当。 3)振动对人工边坡土体的破坏主要是通过产生某一界面的集中剪切应力来实现的,这种较大的剪切应力可以对一定强度的混凝土面板产生断裂性破坏。 4)对于坡面有散体砼块压载的土质边坡,随着地震加速度不断增加,其坡顶土体应力始终处于拉张状态,而中部土体应力基本处于压缩状态,坡脚处的应力状态变化很小。 5)尽管坡面在力学机制上有以中部为支点,斜坡上半部向外翻倒的趋势,但在整个振动过程中,中部压缩应力增量最大处发生的侧向位移最大,导致斜坡在振动条件下一般只能从变形最大处形成剪出口,以滑坡形式发生破坏。这在一定程度上可以解释地震过程中斜坡主要发生滑坡破坏的原因。 6)从试验条件和过程来看,在模拟振动过程中坡面发生滑坡破坏的原因主要有两个:一是坡面透水碎石相对于土体密度和硬度都较大,在振动过程中发生明显位移和沉降,并带动了坡顶土体的沉降变形,且在坡顶形成了一系列拉张裂缝;二是土体中的细颗粒在振动过程中不断向下部运移,导致上部土体不断松散失稳,下部土体逐渐密实而稳定。而且土体的松散程度由上至下不断降低,由坡面向坡体内部松散程度也在降低。因而发生滑坡的滑体主要是细颗粒流失而更加松散且失去了部分强度的土体区域。由此可以发现,土体的级配条件是影响斜坡稳定的重要因素。 7)随着坡体内部地下水位的升高,导致斜坡振动破坏所需振动加速度不断下降。当坡体后缘地下水位不超过斜坡段高度一半时,地下水位的增加对斜坡动力稳定性和坡体变形量的影响不甚明显:当坡体后缘地下水位超过斜坡段高度一半时,土质斜坡动力稳定性和破坏变形量受地下水位增加的影响非常明显。 8)根据该试验结果,在对土质斜坡进行耐震性处理时,应保证坡体降水和排水措施合理有效,至少要将坡体后缘地下水位控制在斜坡段高度一半以下,以此基本保证土质边坡的动力稳定性不会明显降低。


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