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非饱和土石混合体的力学特性左变形破坏机制研究

张宏明  
【摘要】:在持续降雨或暴雨等自然因素的作用下,堆积层滑坡体往往处于饱和-非饱和状态,极易诱发灾变。因此非饱和土石混合体力学特性及其影响因素的试验与理论研究是堆积层滑坡研究的热点问题。本文通过自主开发的土石混合体随机生成系统,从土-石界面接触特性、含石量、饱和度、干湿循环等特征的差异性出发,研究非饱和土石混合体的应力-应变关系、剪胀/剪缩性、硬化/软化规律、强度特性及变形破坏机理等,获得以下研究成果: 1·总结了当前土石混合体的研究现状,分析了其中存在的主要问题。在此基础上,明确了非饱和土石混合体力学特性的影响因素,提出了本文的主要研究内容和技术路线。 2·采用随机模拟的方法,利用FORTRAN语言程序,开发了基于室内级配组成的任意凸多边形块石的土石混合体随机生成系统,并嵌入到有限元程序中,实现了模型试验的数值计算功能。 3·针对土石混合体块石界面特征,开展了非饱和土石混合体在不同土-石界面接触条件下的双轴压缩数值试验,研究了不同土-石界面参数下非饱和土石混合体的变形强度特性与破坏机理,结果表明:当土石界面摩擦系数很小时,非饱和土石混合体表现为“散体状”破坏模式,摩擦系数越大,碎石与土体变形协调越好,峰值强度越高,最后呈“整体状”破坏 4·开展了双轴剪切数值试验,研究了在不同碎石含量、饱和度条件下非饱和土石混合体的应力-应变曲线形态、变形强度特性和破坏机理。结果表明:碎石含量越大,非饱和土石混合体峰值强度越大,剪胀特性越显著;饱和度越大,非饱和土石混合体峰值强度减小,剪胀性越显著。 5·非饱和土石混合体属于典型多孔介质,其渗透性与颗粒大小、形状及饱和度关系密切。本文在块石和土体接触紧密且碎块石不透水的情况下,通过双轴渗透试验,研究非饱和土石混合体的细观渗流场特征。结果表明:非饱和土石混合体的渗透性随着碎石含量增加而减小,随着饱和度的增加而增加。 6·针对基质吸力受饱和度变化路径影响的特性,开展了不同干湿循环次数下非饱和土石混合体双轴压缩试验,研究了干湿循环路径对非饱和土石混合体力学特性的影响规律。结果表明:随着干湿循环次数的增加,非饱和土石混合体强度有较明显的降低,这也是导致降雨型堆积层滑坡产生失稳的诱因之一。


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