黄土水敏特性及其灾变机制研究
发布时间：2021-02-20 13:09
黄土高原地处北半球干旱-半干旱气候区,农业是该区域内劳动人民赖以生存的基础,恶劣的气候条件与日益发展的社会经济之间的矛盾使得引水灌溉得以广泛推行。由灌溉引发的黄土地质灾害具有高频、群发、灾难性等特点,从而危胁人民生命财产安全,水致黄土地质灾害产生的原因无外乎与黄土遇水软化的水敏力学行为有关。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”,选择位于黄土高原南部的陕西省泾阳县泾河右岸黄土塬为研究区,以该地区离石黄土为研究对象,通过野外调查、控制初始含水量变化的土工试验和微观结构试验,从宏观、细观、微观不同尺度研究了离石黄土水敏特性和灾变机理,提出离石黄土水敏程度的量化参数及灾变的评价体系;在此基础上,构建了泾阳南塬黄土边坡的地质力学模型,揭示了黄土水敏性在黄土边坡滑移中产生的灾变效应,为综合评价黄土水敏性灾变的研究提供了行之有效的思路。本文的主要研究成果如下:（1）泾阳南塬独特的工程地质环境为滑坡灾害的孕育和发展提供了良好的条件。其中不合理的引水灌溉是本区黄土滑坡发生的一种重要的外动力因素,高陡的边坡及单面临空的地形特点为滑坡的发生提供了地质基础...
【文章来源】：长安大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：110 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
黄土高原灌溉引发黄土滑坡典型实例（a）甘肃黑方台党川2#滑坡[10]
滑坡的主要内、外诱因；人类水事活动的不规律性、黄土-水相互作用性极大增加了水致黄土滑坡预测预防的难度。体而言，水致黄土滑坡是水敏性黄土灾变的主要宏观表现。弱胶结、欠的组构特征构成了黄土水敏灾变的物性基础，进而导致黄土地区水致滑下方面的独特性：（1）地表水的入渗引发浅埋黄土层增湿湿陷[15]，产为大量水体的下渗提供优势通道。（2）孔隙通道与裂隙通道加快了地的渗流速率[16,17]，提高了斜坡底部土体的饱和度，弱化了天然黄土的抗低了边坡的稳定性系数。（3）周期性水事活动将地表水转化为地下水水平衡，原本饱水的土层孔隙水压力仍然逐渐增大，导致饱和黄土层发]而溃散破坏，引起坡体失稳（图 1.2）。如何揭示并掌握黄土与水之过程以及黄土自身的水敏工程特性（包括湿陷、软化、液化等灾变）是土地区水土流失、水致黄土地质灾害问题的关键，也是黄土地区生态文需要解决的重大基础科学问题。
图 1.3 典型结构性黄土微结构特征（据高国瑞，雷祥义）（a）颗粒形态包括粒状骨架颗粒与凝块状骨架颗粒，（b）孔隙类型包括粒间孔隙与胶结物孔隙至二十世纪八十年代末期，计算机断层扫描技术与数字图像处理技术蓬勃发展，为黄土微结构的量化研究提供了技术支撑，其中黄土显微结构量化研究中出现的显著突破即二十一世纪初的分形理论在土体微结构研究中的应用：乔春元等研究了南京下蜀黄土的粒度分形特征，并揭示了粒度分维是土体工程地质性质差异的本质[26]；王常明等采用分形理论研究了黄土湿陷前后的孔隙特征，结果显示湿陷过程是孔隙分形维数减小的过程[27]；任权等在研究了动荷载作用下黄土变形前后的微结构分形特征后，发现孔隙分形维数与土体的动强度呈正相关关系[28]。分形理论及相应的分形参数被引入用于量化黄土微结构要素，不仅实现了黄土微结构的量化表达，还为黄土结构性由微观到细观多尺度研究搭建了桥梁。在黄土微结构形态量化研究的同时，部分学者引入了能够定量化描述土体结构性的物理力学参数，如“结构屈服应力”、“结构强度”和“综合结构势”等。张炜等在研究
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑细观结构演化的非饱和Q3原状黄土弹塑性本构模型[J]. 姚志华,连杰,陈正汉,朱元青,方祥位. 岩土力学. 2018(05)
[2]平面应变条件下结构性黄土本构模型试验研究[J]. 张玉,邵生俊,赵敏,丁潇,梁昕宇,张少军. 岩石力学与工程学报. 2018(02)
[3]灌溉淋滤对原状黄土物理力学性质的影响[J]. 郑亚萌,戴福初. 地球科学与环境学报. 2017(04)
[4]酸性环境下黄土湿陷性试验与湿陷敏感性研究[J]. 胡再强,张耀,岳文青,宋朝阳,薛婷,何新宁. 岩石力学与工程学报. 2017(07)
[5]基于CD三轴试验的非饱和黄土吸应力强度参数确定[J]. 张新婷,李同录,邢鲜丽,李萍. 工程地质学报. 2017(01)
[6]压缩过程中饱和原状和饱和重塑黄土孔隙分布变化特征[J]. 孔金鹏,胡海军,樊恒辉. 地震工程学报. 2016(06)
[7]甘肃Q3原状黄土的微观结构对其土-水特征曲线的影响[J]. 侯晓坤,李同录,谢萧,晁建红,赵权利,张常亮. 水利学报. 2016(10)
[8]黄土的结构屈服及湿陷变形的分析[J]. 邵生俊,王丽琴,邵帅,王强. 岩土工程学报. 2017(08)
[9]黄土水敏性及水致黄土滑坡研究现状与展望[J]. 张茂省,胡炜,孙萍萍,王雪莲. 地球环境学报. 2016(04)
[10]泾阳南塬黄土滑坡的运动规律与液化效应[J]. 段钊,彭建兵,王启耀. 水土保持通报. 2016(03)
博士论文
[1]黄土湿陷性的微结构效应及其评价方法研究[D]. 高凌霞.大连理工大学 2011
[2]非饱和黄土的结构性定量化参数与结构性本构关系研究[D]. 冯志焱.西安理工大学 2008
硕士论文
[1]泾阳南塬斜坡地下水位与稳定度的关系研究[D]. 韩波.西安科技大学 2015
[2]非饱和黄土特征曲线的研究[D]. 江耀.兰州大学 2012
[3]黄土的水敏性与结构性研究[D]. 吴兴辉.西安理工大学 2006
[4]水敏性黄土增湿的应力等效特性研究[D]. 张继文.西安理工大学 2004
本文编号：3042816
【文章来源】：长安大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：110 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
黄土高原灌溉引发黄土滑坡典型实例（a）甘肃黑方台党川2#滑坡[10]
滑坡的主要内、外诱因；人类水事活动的不规律性、黄土-水相互作用性极大增加了水致黄土滑坡预测预防的难度。体而言，水致黄土滑坡是水敏性黄土灾变的主要宏观表现。弱胶结、欠的组构特征构成了黄土水敏灾变的物性基础，进而导致黄土地区水致滑下方面的独特性：（1）地表水的入渗引发浅埋黄土层增湿湿陷[15]，产为大量水体的下渗提供优势通道。（2）孔隙通道与裂隙通道加快了地的渗流速率[16,17]，提高了斜坡底部土体的饱和度，弱化了天然黄土的抗低了边坡的稳定性系数。（3）周期性水事活动将地表水转化为地下水水平衡，原本饱水的土层孔隙水压力仍然逐渐增大，导致饱和黄土层发]而溃散破坏，引起坡体失稳（图 1.2）。如何揭示并掌握黄土与水之过程以及黄土自身的水敏工程特性（包括湿陷、软化、液化等灾变）是土地区水土流失、水致黄土地质灾害问题的关键，也是黄土地区生态文需要解决的重大基础科学问题。
图 1.3 典型结构性黄土微结构特征（据高国瑞，雷祥义）（a）颗粒形态包括粒状骨架颗粒与凝块状骨架颗粒，（b）孔隙类型包括粒间孔隙与胶结物孔隙至二十世纪八十年代末期，计算机断层扫描技术与数字图像处理技术蓬勃发展，为黄土微结构的量化研究提供了技术支撑，其中黄土显微结构量化研究中出现的显著突破即二十一世纪初的分形理论在土体微结构研究中的应用：乔春元等研究了南京下蜀黄土的粒度分形特征，并揭示了粒度分维是土体工程地质性质差异的本质[26]；王常明等采用分形理论研究了黄土湿陷前后的孔隙特征，结果显示湿陷过程是孔隙分形维数减小的过程[27]；任权等在研究了动荷载作用下黄土变形前后的微结构分形特征后，发现孔隙分形维数与土体的动强度呈正相关关系[28]。分形理论及相应的分形参数被引入用于量化黄土微结构要素，不仅实现了黄土微结构的量化表达，还为黄土结构性由微观到细观多尺度研究搭建了桥梁。在黄土微结构形态量化研究的同时，部分学者引入了能够定量化描述土体结构性的物理力学参数，如“结构屈服应力”、“结构强度”和“综合结构势”等。张炜等在研究
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑细观结构演化的非饱和Q3原状黄土弹塑性本构模型[J]. 姚志华,连杰,陈正汉,朱元青,方祥位. 岩土力学. 2018(05)
[2]平面应变条件下结构性黄土本构模型试验研究[J]. 张玉,邵生俊,赵敏,丁潇,梁昕宇,张少军. 岩石力学与工程学报. 2018(02)
[3]灌溉淋滤对原状黄土物理力学性质的影响[J]. 郑亚萌,戴福初. 地球科学与环境学报. 2017(04)
[4]酸性环境下黄土湿陷性试验与湿陷敏感性研究[J]. 胡再强,张耀,岳文青,宋朝阳,薛婷,何新宁. 岩石力学与工程学报. 2017(07)
[5]基于CD三轴试验的非饱和黄土吸应力强度参数确定[J]. 张新婷,李同录,邢鲜丽,李萍. 工程地质学报. 2017(01)
[6]压缩过程中饱和原状和饱和重塑黄土孔隙分布变化特征[J]. 孔金鹏,胡海军,樊恒辉. 地震工程学报. 2016(06)
[7]甘肃Q3原状黄土的微观结构对其土-水特征曲线的影响[J]. 侯晓坤,李同录,谢萧,晁建红,赵权利,张常亮. 水利学报. 2016(10)
[8]黄土的结构屈服及湿陷变形的分析[J]. 邵生俊,王丽琴,邵帅,王强. 岩土工程学报. 2017(08)
[9]黄土水敏性及水致黄土滑坡研究现状与展望[J]. 张茂省,胡炜,孙萍萍,王雪莲. 地球环境学报. 2016(04)
[10]泾阳南塬黄土滑坡的运动规律与液化效应[J]. 段钊,彭建兵,王启耀. 水土保持通报. 2016(03)
博士论文
[1]黄土湿陷性的微结构效应及其评价方法研究[D]. 高凌霞.大连理工大学 2011
[2]非饱和黄土的结构性定量化参数与结构性本构关系研究[D]. 冯志焱.西安理工大学 2008
硕士论文
[1]泾阳南塬斜坡地下水位与稳定度的关系研究[D]. 韩波.西安科技大学 2015
[2]非饱和黄土特征曲线的研究[D]. 江耀.兰州大学 2012
[3]黄土的水敏性与结构性研究[D]. 吴兴辉.西安理工大学 2006
[4]水敏性黄土增湿的应力等效特性研究[D]. 张继文.西安理工大学 2004
本文编号：3042816
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