泾阳南塬黄土的力学特性与滑坡机制研究

发布时间：2020-08-26 19:24

【摘要】：黄土是一种特殊的结构性土,广泛分布于我国西北地区。随着西北大开发战略的正式实施以及“一带一路”经济区的开放,西部黄土地区的工程建设日益增多,使得该地区的经济飞速发展,但与随之而来的滑坡等地质问题的矛盾越来越尖锐。诸多学者在黄土的剪切强度特性以及黄土滑坡的启动机制和运动机制等方面的研究取得了一定成果,但研究尚不成熟。本文选题依托国家重点基础研究发展计划项目“黄土重大灾害及灾害链的发生、演化机制与防控理论”,选择陕西省泾阳南塬为研究区,以该研究区离石黄土为研究对象,设计了测试土-水关系的压力板仪试验(SWCC)以及力学试验,包括固结不排水剪切条件下的常规三轴试验(CTC)和环剪试验(Ring-shear test);并开展了微观试验,包括压汞试验(MIP)和电镜扫描试验(SEM)。通过上述实验,一方面分析了黄土微观结构变化与宏观力学特性的联系,揭示黄土宏观力学表现的微观机理,另一方面剖析了泾阳南塬典型黄土滑坡的启动机制和运动机制,得出如下结论:(1)原状黄土的增湿、减湿的SWCC曲线均呈现反“S”型形态,同时呈现出明显的滞回圈现象,并具有明显的阶段性特点,以进气值、残余体积含水率这两个标志点以及根据曲线斜率的特点,将该曲线划分为4个区域即边界效应区、主要过渡区、次要过渡区和非饱和残余区。(2)常规三轴试验结果表明原状黄土受含水率以及围压的影响,应力-应变曲线呈现出三种形式:硬化型、稳定型和软化型,尤其是处于饱和状态的黄土,软化现象尤为突出;环剪试验结果表明残余强度随轴压的增大而大幅度增大,而在不同含水率、干密度、制样方式以及剪切方式下,土体的残余强度表现出不同程度的差异性。剪切强度参数——粘聚力(残余粘聚力)c受含水率的影响明显,而内摩擦角(残余内摩擦角)φ受其影响不明显。(3)基质吸力对黄土抗剪强度、残余强度及其各自强度参数的影响存在明显的差异性。基质吸力对土体抗剪强度的影响程度明显高于对残余强度的影响;两个强度下的c和φ受基质吸力的影响均呈非线性变化,其中c受基质吸力的影响明显,且存在基质吸力特殊状态点控制着粘聚力的发展趋势。根据土体强度受基质吸力影响的敏感程度,将曲线进行了阶段划分:弱敏感区、强敏感区、中等敏感区和非敏感区,各区域之间的分界点与土-水特征曲线的分界点基本一致。(4)试验剪切后属于活性孔隙的大、中孔隙减少,惰性孔隙增多;颗粒由剪切前边缘平滑,颗粒之间以点-点接触和面-面接触为主转变为剪切后的颗粒发生定向排列,多呈扁平状、破碎且棱角分明。(5)结合室内试验结果和野外调研,以西庙店滑坡为典型案例,首次提出了泾阳南塬流动性滑坡的启动时效分段模式,揭示了泾阳南塬高速远程滑坡的启动机制和运动机制。
【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;P642.22
【图文】：

黄土分布,世界

第一章绪论第一章绪论研究背景及意义黄土古称“黄壤”，作为一种第四纪沉积物，具有疏松多孔、弱胶结的特性。黄、欧洲、澳洲、北美和北非等世界各大洲分布广泛，且在地理上的分布上呈现规律性。全世界范围内黄土和黄土状土分布的总面积约621 .3 10km，主要分布0 ~40 左右和北纬 30 ~50 左右的世界“小麦带”内，约占全球大陆面积的 10人口居住在黄土地区。世界黄土分布如图 1.1 所示：

分布图,中国黄土,生等,分布图

图 1.2 中国黄土分布图（据刘东生等，1985）因区域构造活动[3,7]、季节性集中降雨[8]以及人类长期活动等原因，滑坡地裂缝、地面沉降、地面塌陷等地质灾害频发，造成了严重的人员伤]。其中黄土滑坡因其自身具有突发性、频发性、分布范围广、破坏性强损失和危害位于黄土地区众多地质灾害之首，俨然已经成为我国黄土的地质灾害。1993 年，吴玮江等人对甘肃东部发生的滑坡数量进行统

位置图,黄土滑坡

第二章研究区概况及试验方案2.1 研究区概况研究区泾河南塬是西咸一体化的中间接壤部分，与其相距约 5km 的西南方向为西安咸阳国际机场；该区域人口密集、农业比较发达，经济地理位置重要；但同时也是关中盆地黄土滑坡灾害的重灾区，在滑坡密集区分布有采石场和水利设施，此外，还有省道、输气管线、输油管线穿过，如图 2.1 所示。从上个世纪 80 年代以来，该地区滑坡发育频繁，滑坡规模较大，伤亡惨重，同时，摧毁房屋道路以及果树等，造成了严重的经济损失，典型的有蒋刘滑坡、舒唐王滑坡、东风滑坡、寨头滑坡、庙店滑坡等[27,50]。由此可见，发生愈发频繁的黄土滑坡灾害，已经成为影响陕西泾阳地区自然环境以及人类生命财产安全亟待解决的重大问题，并且随着日益增多的人类工程活动和多变的气候而变得更加严峻。故本文选择对该区域黄土的力学强度特性展开研究，对滑坡形成机理的研究有着非常重要的理论意义和现实意义。

【参考文献】