地震和降雨耦合作用下黄土边坡失稳的大型振动台试验研究

发布时间：2017-07-07 20:12

  本文关键词：地震和降雨耦合作用下黄土边坡失稳的大型振动台试验研究

  更多相关文章： 降雨渗透 黄土边坡 耦合 振动台 稳定性 失稳机理

【摘要】：黄土是一种多孔隙、弱胶结的特殊土。工程性质极差,具有水敏性和动力易损性,当遇水浸湿或者遭遇中强地震作用时便会诱发严重的地质灾害或工程病害。在地震和降雨耦合作用下,如果诱发滑坡等地质灾害,造成的危害性将会更大。近年来,随着黄土高原地区社会经济的高速发展,人们对地震安全的需求也日益增长,这种对地震安全的内在需求和多场耦合作用诱发边坡失稳的现实可能性,充分表明了开展地震和降雨耦合作用下黄土边坡失稳研究的必要性。本文以低角度黄土边坡为研究对象,以振动台为主要研究手段,开展了地震和降雨耦合作用下黄土边坡失稳研究。首先选取兰州新区某一天然原状黄土边坡进行了野外人工降雨渗透试验,研究降水渗透规律及边坡不同部位土体强度变化规律,并以该试验结果为依据,开展振动台模型试验研究。本文设计并实施了天然黄土边坡以及震前降雨、震后降雨等地震和降雨不同耦合情况下的边坡模型试验。分析了不同条件下黄土边坡模型自振特性、动力响应规律以及变形演化与失稳破坏过程的差异性。通过振动台试验确定黄土边坡在地震和降雨耦合作用下的失稳判据,提出了地震和降雨耦合作用下低角度黄土边坡稳定性与失稳危害性预测评价模型,并对地震和降雨耦合作用下黄土边坡的失稳破坏机理进行了探讨。本文主要结论与创新点如下:1.通过自主研制的人工降雨设备,实施了野外人工降雨渗透试验。试验结果显示,黄土边坡在无特殊下渗通道的情况下,降雨渗透的范围有限。渗透前锋深度范围以内的土体饱和度在30%~70%之间变化,很少超过70%。渗透深度越深,对应的上部土体饱和度也越大。由于降雨后边坡不同部位土体饱和度的差异性,抗剪强度也会出现很大变化,降雨渗透前锋以上10cm至边坡表面,土体强度降低较多,平均降低约42%。前锋以上10cm范围,土体强度降低较少。前锋以下,土体强度逐渐恢复到天然状态。2.黄土边坡在不同降雨条件下,由于表层土体重度、抗剪强度的变化使其动力稳定性发生很大改变。若遭受地震作用,失稳临界加速度与破坏形式就会有很大差异性。通过振动台试验,直观验证了黄土边坡在地震和降雨不同耦合情况下的临界失稳加速度与宏观破坏形式。天然状态下(降雨量为0,低含水量)其临界失稳加速度为1000gal,主要破坏形式为坡肩拉裂破坏。当降雨量达到一定程度,如10mm时,其地震失稳的临界加速度就会迅速降低,700gal就会出现边坡上部失稳破坏,坡顶震陷为主要破坏形式。随着降雨量的增加,地震失稳的临界加速度逐渐降低,当降雨量达到100mm时,600gal地震动作用就会出现黄土液化滑移现象。3.中强地震作用后的低角度天然黄土边坡,坡体中上部位会出现数条小型裂隙。在降雨初期,原裂隙规模随降雨量的增加快速扩展,裂隙数量快速增多。但随着降雨量的持续增加,雨水对边坡土体的侵蚀速率加快,当有地表径流产生时,地表径流所携带的黄土泥沙又对裂隙起到充填“焊接”作用。这说明中强地震作用后,如果仅在边坡表面产生小型裂缝,正常降雨条件下低角度黄土边坡发生滑坡的可能性很小,震后黄土边坡在雨水作用下裂隙逐步愈合,稳定性逐渐恢复。4.不同降雨条件下,黄土边坡地震失稳破坏机理不同。对于低含水量天然黄土边坡,土体抗剪强度相对较高,其失稳破坏机理是多种力场的叠加作用使得边坡中上部土体产生拉裂失稳破坏。对于小降雨后的黄土边坡,表层一定范围内土体饱和度增大而力学性能降低,失稳机理是强烈地震作用下微结构破坏而出现黄土震陷。对于长持时、大降雨后的黄土边坡,地震作用下的孔隙微结构崩解、黄土液化滑移是其基本失稳破坏机理。5.基于振动台试验结果,提出了地震和降雨耦合作用下黄土边坡稳定性与失稳危害性预测评价模型。
【关键词】：降雨渗透 黄土边坡 耦合 振动台 稳定性 失稳机理
【学位授予单位】：中国地震局兰州地震研究所
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P315.9;TU435
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 第一章 引言10-18
• 1.1 研究背景及意义10-12
• 1.2 研究现状12-15
• 1.3 研究内容15
• 1.4 研究方法与技术路线15-18
• 第二章 降雨条件下黄土边坡土体强度变化18-32
• 2.1 试验场地勘选18
• 2.2 场地土体基本物理性质18-24
• 2.3 野外人工降雨渗透试验24-28
• 2.4 降雨条件下黄土边坡土体强度变化28-31
• 2.5 小结31-32
• 第三章 地震和降雨耦合作用下的黄土边坡振动台试验研究32-68
• 3.1 振动台模型试验方案设计32-41
• 3.2 主要数据分析处理方法41-43
• 3.3 震前降雨黄土边坡模型不同降雨条件下振动台试验结果分析43-66
• 3.4 小结66-68
• 第四章 地震和降雨耦合作用下的黄土边坡稳定性分析68-77
• 4.1 震前降雨边坡模型振动台试验失稳判据68-69
• 4.2 地震和降雨耦合作用下的黄土边坡稳定性预测模型69-71
• 4.3 震后降雨边坡模型的变形演化与稳定性分析71-73
• 4.4 关于地震和降雨耦合诱发黄土滑坡机理的探讨73-77
• 第五章 结论与展望77-80
• 5.1 结论77-78
• 5.2 展望78-80
• 参考文献80-87
• 致谢87-88
• 作者简介88

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本文编号：531648