围压及剪切速率对饱和重塑黄土抗剪强度影响试验研究及数值模拟

发布时间：2020-04-18 02:37

【摘要】：黄土是一种特殊性土,其结构通常具有大孔隙、弱胶结性、节理沿垂直方向发育的特征。鉴于黄土的特殊性,强降雨和灌溉会导致黄土强度劣化并发生饱和破坏现象,进而诱发黄土滑坡,给当地带来严重的灾难。黄土抗剪强度的影响因素较多,诸多学者对基质吸力、含水率、剪切速率等不同的影响因素进行了相应的试验研究,并分析了各因素对抗剪强度指标的影响。本文在借鉴已有的研究成果基础上,以甘肃省永靖县党川村党川滑坡后壁土为研究对象,利用改装后的的TFB-1型非饱和土应力应变控制式三轴仪对黄土重塑样分别进行了饱和试验和CU试验。CU试验时,分别采用50kPa、100kPa、200kPa、400kPa围压对饱和重塑黄土进行剪切速率分别为0.02mm/min、0.06mm/min、0.2mm/min、0.4mm/min的试验。在试验基础上,分别对不同围压及剪切速率下的应力、应变结果进行相应的应力-应变分析和强度分析,研究围压和剪切速率对饱和重塑黄土的抗剪强度的影响规律。根据试验所获取的参数进行离散元模拟参数选取,在PFC3.0中进行围压和剪切速率对饱和重塑黄土抗剪强度的研究。得到的主要结论如下:(1)饱和重塑黄土在CU试验条件下应力应变表现为弱软化型和软化型两种形式,剪切速率越快,软化越明显。(2)围压和剪切速率对饱和重塑黄土的抗剪强度具有很大影响。同一围压下,在剪切速率逐渐增大的过程中,饱和重塑黄土的抗剪强度先逐渐增大,达到某一值后再逐渐减小;同一剪切速率下,饱和重塑黄土的抗剪强度随着围压的增大逐渐增大。(3)在干密度和围压相同的条件下,饱和重塑黄土的总粘聚力及有效粘聚力随着剪切速率的增大呈现先减小后增大的趋势,而总内摩擦角及有效内摩擦角随着剪切速率的增大呈现先增大后减小的趋势。(4)离散元数值模拟显示,土体在不同条件下,其应力-应变曲线呈现出弱软化型和软化型,土体的抗剪强度随着围压及剪切速率的增大而逐渐增大。本文试验成果可为研究区以后的黄土滑坡预报和范围预测提供一定依据,PFC3.0模拟结果及规律可为分析土壤力学行为及以后的PFC3.0的数值模拟提供一定参考。
【图文】：

分布图,中国黄土,分布图

2图 1.2 中国黄土的分布图Fig.1.2 Distribution of loess in China.1.2 黄土的地质特征黄土在我国的分布相当广泛，不同区域黄土的沉积厚度、地层特征以及黄土的物学性质都表现出很大差异和变化，这主要是由于各地的地理、地质以及气候条件的引起的，其基本特征如下[1]：1）颜色主要有黄色、褐黄色，有时也会呈灰黄色；2）颗粒成分以粉粒为主，含量大多在 60%以上，颗粒半径一般小于 0.25mm；3）有大孔隙、较大孔隙结构，一般在 1mm 左右；4）矿物成分富含碳酸盐类，构造上垂直节理发育。

分布图,黑方台,滑坡群,分布图

图 1.3 黑方台滑坡群分布图（据孟兴民）Fig.1.3 Distribution of landslide group in Heifangtai泾阳南塬自 1976 年大面积灌溉以来，沿泾河右岸发生多次黄土层内滑坡，给当成严重的经济损失和人员伤亡，使得台塬面积不断减小，水土流失不断加剧[7]。如.4 所示，1984 年 12 月 2 日泾阳南塬河滩村发生大滑坡，滑坡造成 20 人伤亡，房屋被摧毁，致使河滩村整体迁移，河滩村行政级别取消。1984 年以后，，在原河滩坡范围内先后发生了多次滑动，之后蒋刘滑坡群才相对稳定。近年来，蒋刘滑坡再跃，先后发生了 3 次小规模滑坡，自西向东分别为发生在 2014 年 11 月、2015 年和 2016 年 3 月的浅层坡体滑坡[8]，给当地生产造成一定影响。因此，研究黄土饱和规律对揭示黄土饱和所诱发的地质灾害致灾机理具有重大意义。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU444

【参考文献】