基于破损力学的黄土滑坡机理研究

基于破损力学的黄土滑坡机理研究

论文摘要

黄土在其形成过程中和地质历史时期,发育了大量不同成因、不同形态性状、不同尺度规模、不同力学性质和不同时期的节理、裂隙等,代表着黄土的破损特征。这些破损面扩展、贯通,不仅破坏黄土体的整体性,还成为雨水等的快速入渗通道。同时黄土又具有水敏性。系统总结了黄土滑坡的工程分类,提出黄土滑坡的新类型,即滑动面位于吴起古湖湖相沉积的粉质粘土层,该层粘性颗粒多于上覆黄土,而砂粒多于下伏红粘土,具有较好的滞水层效应和适宜滑动的岩性特征,控制大型(巨型)黄土滑坡。通过颗粒分析,揭示黄土颗粒中粉粒含量占绝对优势,砂粒和粘粒含量基本相当。结合钻孔资料和土工试验,分析了黄土层内部的物理性质随深度的变化规律。野外调查结合现场原位试验、室内直剪试验、环剪试验,分析了黄土剪切滑动时以滑动擦痕为代表的宏观剪切特征。借助电镜扫描,分析了黄土剪切时土粒滑移、拉长、削平为代表的微观剪切特征。试验结果说明残余剪切强度普遍低于原始剪切强度,而饱和后的剪切强度大大低于天然抗剪强度值,足见水对黄土强度的影响很大。不同深度处的或不同含水量的黄土具有不同的剪切行为特性。以岩土破损力学为基础,比较黄土的二元介质模型、结构性土抗剪强度、非饱和黄土抗剪强度,认为黄土的抗剪强度可以表示为三部分:结构体粘聚强度、结构体摩擦强度和结构带摩擦强度。结构块从边缘损伤开始,逐渐向内破损,结构块破损后演变为结构带,结构带扩展、连通、贯通后形成剪切面(带);雨水等渗入破损面,应力应变在彼此“消长”过程中体现了黄土剪切破损特征。提出破损黄土概念,建立了黄土剪切破损地质模型,分析了局部强度弱化型黄土剪切破坏和局部应力集中型黄土剪切破坏两种类型的剪切破损黄土滑坡的形成机理。运用FLAC模拟了代表第一类滑坡的大台滑坡和代表第二类的大路沟滑坡,分析了形成机理和滑动过程。黄土滑坡是黄土破损特性和水敏性的共同作用、相互促进的结果。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 研究背景及选题意义
  • 1.1.1 研究背景
  • 1.1.2 研究意义
  • 1.2 国内外研究现状
  • 1.2.1 黄土滑坡
  • 1.2.2 黄土剪切特征
  • 1.2.3 黄土破损特征
  • 1.2.4 黄土水敏感性
  • 1.3 研究内容和技术路线
  • 1.3.1 研究内容
  • 1.3.2 技术路线
  • 第二章 黄土滑坡基本特征及分类研究
  • 2.1 黄土滑坡的基本特征
  • 2.2 黄土滑坡的形成条件
  • 2.2.1 内部条件
  • 2.2.2 外部条件
  • 2.3 黄土滑坡一般分类
  • 2.3.1 黄土滑坡的基本分类
  • 2.3.2 黄土滑坡一般工程分类
  • 2.3.3 黄土滑坡其他分类
  • 2.4 黄土滑坡新类型
  • 2.5 小结
  • 第三章 黄土剪切试验研究
  • 3.1 物理力学性质试验
  • 3.1.1 黄土颗粒粒度分析
  • 3.1.2 物理力学性质试验
  • 3.1.3 物理力学指标对黄土强度的影响
  • 3.2 直剪试验
  • 3.2.1 直剪设备及制样
  • 3.2.2 试验结果分析
  • 3.3 原位剪切试验
  • 3.4 环剪试验
  • 3.4.1 试验设备
  • 3.4.2 试验成果
  • 3.5 本章小结
  • 第四章 剪切滑移面的微观形貌特征
  • 4.1 剪切滑移面的宏观形貌特征
  • 4.1.1 野外观察滑动面特征
  • 4.1.2 原位剪切试验剪切面特征
  • 4.1.3 直剪试验剪切面特征
  • 4.2 剪切滑移面的微观形貌特征
  • 4.2.1 原状土样与剪切土样的对比
  • 4.2.2 不同深度下原状土样的对比
  • 4.2.3 不同深度下剪切黄土的对比
  • 4.2.4 不同含水量下剪切土样的对比
  • 4.2.5 同一试样在不同放大倍数下的对比
  • 4.2.6 红粘土试样的剪切特征
  • 4.3 本章小结
  • 第五章 破损黄土滑坡机理分析
  • 5.1 概述
  • 5.2 黄土剪切破损行为
  • 5.2.1 岩土破损力学
  • 5.2.2 黄土的二元介质模型
  • 5.2.3 结构性土抗剪强度
  • 5.2.4 非饱和黄土抗剪强度
  • 5.2.5 黄土剪切破损行为
  • 5.3 局部渐进破损模型
  • 5.3.1 黄土渗透性与渗入深度
  • 5.3.2 黄土破裂特征
  • 5.3.3 黄土剪切破损地质模型
  • 5.3.4 黄土剪切破损机理
  • 5.4 两类破损型黄土滑坡
  • 5.4.1 局部强度弱化型黄土剪切破坏
  • 5.4.2 局部应力集中型黄土剪切破坏
  • 5.5 本章小结
  • 第六章 两类滑坡数值模拟
  • 6.1 概述
  • 6.1.1 数值模拟方法简介
  • 6.1.2 FLAC 软件简介
  • 6.2 大台滑坡数值模拟
  • 6.2.1 滑坡概况
  • 6.2.2 地质模型
  • 6.2.3 数值模拟结果
  • 6.2.4 结果分析
  • 6.3 大路沟滑坡数值模拟
  • 6.3.1 滑坡概况
  • 6.3.2 地质模型
  • 6.3.3 数值模拟结果
  • 6.3.4 结果分析
  • 第七章 结论与建议
  • 7.1 主要结论
  • 7.2 本文的创新之处
  • 7.3 下一步工作设想与讨论
  • 参考文献
  • 攻读学位期间取得的研究成果
  • 参加或主持的科研项目
  • 发表的学术论文
  • 致谢
  • 相关论文文献

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