密实—悬浮结构土石混合体宏观尺度下相似材料研究

发布时间：2020-04-25 18:55

【摘要】：土石堆积斜坡失稳占滑坡灾害总量的多数,其占比在全国平均有19%,而西南及西部局部地区达到64%,此类斜坡沿公路、铁路、隧道工程和山地村落分布。对斜坡失稳问题的研究手段以理论分析、数值模拟和试验测试为主,试验测试是基础,但存在如何真实获取数据和规律的众多技术瓶颈。模型试验是一种复现原型现象的重要试验测试方法,其首要任务是符合相似理论要求,而相似材料研制是关键的一环。本文仅针对以下范畴,土石混合体中关键结构参数含石量小于30%,称为密实-悬浮结构,即对密实-悬浮结构土石混合体相似材料开展研究。本文基于滑坡模型试验相似理论的推导,通过设计混料均匀试验研制了适用于宏观尺度的密实-悬浮结构土石混合体相似材料及作为基质的细粒相相似材料,并利用试验点与细粒相相似材料配比得到的预测值探讨了密实-悬浮结构土石混合体中不同含石量的影响。主要研究结论如下:(1)通过对68种相似材料配置方案进行统计,总结了 21种常用相似材料原材料的性能、频次、特性、研制用途。设计七因素与5%、20%两水平的正交试验,极差分析比选得到:对基质材料增加15%质量替换时,密度中橡胶粉(-0.127g/cm3)、重晶石粉(0.038 g/cm3);内摩擦角中凡士林(-3.725°)、石英砂(0.677°);黏聚力中橡胶粉(6.862kPa)、重晶石粉(-2.010kPa);渗透系数中凡士林(-2.40E-06cm/s)、重晶石粉(1.21E-06cm/s)。(2)通过设计混料均匀试验研制了细粒相相似材料作为基质材料,研制了密实-悬浮结构土石混合体相似材料,得到了配比回归方程组,密度范围(0.777～2.458g/cm3)、内摩擦角范围(20.3～41.5°)、黏聚力范围(4.73～61.43)和渗透系数范围(2.27E-9～1.32E-2cm/s),并求取三组密实-悬浮结构土石混合体的相似材料验证了配比回归方程组的适用性。(3)通过将含石量土石混合体相似材料配比试验的试验点转换为无含石量试验点配比,再由细粒相相似材料配比方程组求解得预测值,对比得到密实-悬浮结构中10%和30%两种含石量的物理力学特性变化规律。随含石量增大,密度先升后抑,内摩擦角线性增长,黏聚力离散性较大,其平均值表现为略上升再下降,渗透系数呈指数增长。
【图文】：

示意图,模型试验,示意图

Ｈｕ等［７］对文家沟由连续强降雨所诱发的土石混合体泥石流进行了室内模型试验逡逑研究，其泥石流主体来源于汶川地震时产生的松散土石堆积物，其在室内构建了逡逑专门的模型试验槽和试验系统进行研究，见图１－ｌａ；邋Ｃｈｅｎ等［８］为研究含砾石土逡逑在不同粘性土含量时土体破坏和泥石流发生机理，构建了包含降雨系统的模型试逡逑验装置（图１－ｌｂ），，并配置了不同粘土含量的烁石土。逡逑Ｔｈｅ邋Ｆｌｕｍｅ邋Ｔｅｓｔ邋Ｓｙｓｔｅｍ逡逑＾＾７？逦ｏｏｎ：胡－ｐＨＣ————．逡逑ｊ逦——ｅｗ逡逑？邋Ｔａｐｒｏｏｔ逦／逦＃逡逑毅．邋＇邋’邋Ｗ￡２２２？￡Ｌ逦＂導邋ｗ／逦逦＊逦门逦＼逡逑－逦．；？？逦ｓｓｙ逦逡逑…．－．，■逦逦．，±；＼邋Ｐｌａｎ邋ｖｉｅｗ邋逦邋＂＂：逦逦逦逦—逦逦逦邋１逡逑（ａ）水槽和水文设备草图逦（ｂ）试验模型示意图逡逑图１－１滑坡模型试验示意图逡逑模型试验的理论基础是２０世纪逐渐形成的相似理论，其目的是使试验所得逡逑到的结果能够推广到相似的现象上去。滑坡灾害现象发生尺度都为较大的工程尺逡逑度，不利于直接在室内模型试验中复现，这就需要通过相似理论的支持对几何及逡逑其它相关物理量放缩，以便于试验。为满足滑坡模型试验的全部相似，其相似材逡逑料是非常关键的一环。相似材料其理论上重点在有关参数的确定和其原材料的选逡逑择

胶结材料,基质,石英砂

（８）石英砂逡逑石英砂是土木领域常用的材料，通常形态是河砂或山砂。本试验为保证材料逡逑的强度、形态等统一稳定，采用７０目的标准白色石英砂（图３－２ｄ），河南科泰净逡逑水材料有限公司制造。试验中表明，石英砂是性质比较均衡的材料，依粒径、磨逡逑圆度的不同，对强度、内摩擦角都呈正相关，石英砂颗粒构成的空隙，对渗透系逡逑数有提高的作用。逡逑灄逡逑Ｉ逡逑（ａ）粘土逦（ｂ）水逡逑ｗｒ逡逑Ｙ逦％逡逑（ｃ）凡士林逦（ｄ）娃油逡逑图３－１基质及胶结材料逡逑２０逡逑
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P642.22;TU41

【参考文献】