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本论文是国家自然科学基金项目《三峡库区顺层滑坡库水位与降雨耦合作用复活机理》的一个组成部分,选取三峡库区顺层滑坡的一个典型实例-黄土坡特大型滑坡为具体研究对象,采用三轴压缩试验对该滑坡滑带土特性进行深入探讨,以期对该类滑坡的防治提供有价值的基础性建议。
在收集黄士坡滑坡勘察资料和相关研究成果的基础上,对黄土坡滑坡进行深入的野外调研,查明验证其地质构造、地层组合关系、地下水的入渗及排泄情况、地形地貌等地质环境条件,在临江Ⅱ号崩滑体TP4平硐内采取滑带土原状样及扰动样。通过滑带土的天然含水率与密度试验、土粒比重试验、颗粒分析试验、界限含水率试验、击实试验以及不同剪切速率的滑带土重塑样的三轴固结不排水剪试验,揭示了滑带土的物理力学特征及其对滑坡的影响,建立了滑带士的应力-应变关系模型,最后,结合变形监测资料和变形数值模拟,初步探讨了不同剪切速率条件下由试验得出的抗剪强度参数对模拟的变形的影响。
通过以上工作,得出以下结论:
(1)临江崩滑堆积体物质来源于巴东组第三段,其中的块石为灰色灰岩或浅灰色泥岩。组成以块石为主,次为碎石夹(含)粘性土,碎石呈透镜体状分布,三者的体积比约为6:3:1,这也决定了堆积体比较松散,为雨水的入渗提供了有利的通道。并且勘察统计表明,崩滑堆积体下卧基岩表层呈中等至强风化状态,部分为剧风化形成风化粘土层,形成了天然的易滑软弱层。滑带物质为粉质粘土夹(含)碎石(角砾)。
(2)通过颗粒分析试验得出Cu>5且Cc<1,判定该滑带土为级配不良的非均粒土和渗透性较好的土;进一步对滑带土中粒径小于0.5mm的土进行界限含水率试验,得出其塑性指数Ip=12.6,液性指数IL=0.11,即0<IL≤0.25,10<Ip≤17。由于原状滑带土中含碎石角砾,且据《岩土工程勘查规范》(2009),综合分析表明天然状态下该滑带土为含碎石角砾的硬塑粉质粘土。
(3)对粒径小于2mm的风干滑带土进行了击实试验,得出其最优含水率和最大干密度分别为10.9%和1.949g/cm3,并以此作为三轴固结不排水剪试验制样的控制参数。
(4)对固结不排水剪试验的主应力差、孔压随轴向应变变化的试验曲线进行了分析,试验初始阶段主应力差随着轴向应变的增加而基本上呈线性迅速增大,表明在该阶段试样接近于线弹性变形,但该直线段很小,轴向应变大概只有1%左右。在轴向应变1%之后,试样进入了屈服阶段,并且主应力差随着轴向应变的增加而一直增大,没有出现明显的峰值点,表现为逐渐硬化的应变特性,试样在剪切过程中结构变得更紧密,表现出剪缩性。在同一组试验中,主应力差总体上随围压的增大而增大。在同一围压、相同轴向应变条件下,主应力差总体上随着剪切速率的增大而增大。在剪切初始阶段,孔隙水压力随着轴向应变的增加迅速增大,大概在轴向应变4%左右达到峰值,随后曲线变缓,孔隙水压力逐级减小。并且在同一轴向应变时,孔隙水压力基本上也是随着围压的增大而增大的。
(5)根据莫尔-库伦破坏准则和极限平衡条件,得出了不同剪切速率条件下总应力抗剪强度参数和有效应力抗剪强度参数,粘聚力随剪切速率的增大而减小,内摩擦角随剪切速率的增大而增大。还得出了不同剪切速率、不同围压条件下滑带土的总应力抗剪强度和有效应力抗剪强度,结果显示,同一剪切速率下抗剪强度随着围压的增大而增大;总体而言,同一围压同一剪切速率下有效应力抗剪强度大于总应力抗剪强度,并且同一围压下总应力抗剪强度与有效应力抗剪强度都有随剪切速率增大而增大的趋势。
(6)利用Duncan-Chang模型对试验中滑带土的应力-应变试验曲线进行了模型计算,结果表明,模型计算曲线与试验曲线吻合的比较好,计算得出的相关系数都在97%以上,表明Duncan-Chang模型的双曲线型关系能够较好的反映此粉质粘土类的滑带土的逐渐硬化类型的应力-应变特性。
(7)根据已有的变形监测资料对临江Ⅱ号崩滑体Ⅴ-Ⅴ剖面的变形情况进行了分析,地表与深部变形基本上都表现为中后部比前缘大,尤其是后部变形较大。然后利用有限元数值模拟软件Geo-Studio对Ⅴ-Ⅴ剖面进行了变形数值模拟,模拟结果表明,模拟的变形大小的趋势与实际监测的变形趋势基本一致:不同剪切速率下的强度参数得出滑带土不同的抗剪强度,抗剪强度越大,模拟的滑坡区的变形量越小,符合土的基本强度和变形理论,这也验证了抗剪强度随着剪切速率的增大而增大的试验结果。