黄土低角度边坡液化滑移机理试验研究 ——以石碑塬滑坡为例

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本文选取了1920年海原大地震诱发的石碑塬低角度边坡滑移为研究对象,在固原市原州区石碑塬地区开展了工程物探、工程地质测绘及现场取样等野外工作。并在此基础上针对性地开展了黄土基本力学试验、室内动三轴试验、室外水槽模型试验和数值模拟分析等研究,对低角度边坡在震动液化作用下发生滑移现象的机理进行探索研究。取得了以下结论:(1)对研究区野外勘探和走访调查资料进行详细分析,总结出石碑塬低角度滑移特征:(1)滑移区具有液化流滑特征,形成了独特的波浪状地形地貌,节律性强;(2)滑移区前、中、后段黄土的砂砾含量不等及埋深位置不同,有砂层在部分地方出露。(2)通过动三轴试验研究了不同含砂率的饱和重塑黄土在三种围压、四级动应力作用下的孔压比-振次曲线及轴向动应变-振次曲线,获得了孔压、应变在动荷载作用下的增长规律,并对黄土抗液化能力的影响因素进行分析。研究结果表明:随着土样含砂率的增加,其液化破坏所需的振动次数(或时间)明显表现出先减少后增加的现象,其中50%含砂率的土样具有最小的抗液化能力。(3)采用室外水槽模拟试验,实时监测振动过程中坡体内部孔隙水压力、含水率、加速度等土体特征参数的变化过程。大小不均匀分布的推挤力叠加在地震力之上是低角度边坡波浪状形态产生的主要原因。砂质黄土层的上覆层厚度越大越不易发生破坏。在同样的加载条件及上覆层厚度情况下,不同含砂率的砂质黄土层段的动力响应程度如下:50%含砂率黄土>75%含砂率黄土>25%含砂率黄土。而对于某一固定含砂率的试验土层,其在水槽中部产生明显动力响应的时间早于边坡前部和后部。根据模拟实验结果分析,发现在石碑塬低角度滑移中,动荷载等级、上覆层厚度、含砂率、空间位置等因素共同控制滑移层发生液化破坏的时间以及最终能达到的孔隙水压力,从而形成起伏不均的波浪状地形。(4)运用FLAC3D对石碑塬低角度边坡滑移过程进行数值模拟研究,进行静力和动力分析。在震动荷载作用下,饱和砂质黄土层会发生液化,在此过程中有效应力降低,孔隙水压力增大,超孔压比增大至0.7以上,上部黄土层和古土壤层发生滑移。在液化层中,土体埋深越浅越容易产生液化。
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