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粗颗粒土溃散性失稳破坏形成条件的室内模型试验研究

2020-12-08阅读(628)

粗颗粒土溃散性失稳破坏形成条件的室内模型试验研究

论文摘要

溃散性失稳破坏是指由松散颗粒材料构成的堆积体在底部饱水条件下整体突发性启动和流态状运动的现象,此种破坏方式容易发生在黄土地区、松散碎屑堆积区、风化砂发育区以及露天开采的弃渣堆积区。由于该类破坏发生突然,且破坏前无明显的征兆,往往造成灾难性的后果。目前,国内外学者对溃散性失稳破坏展开了大量的研究工作并取得了一些成果,但对于溃散性失稳破坏的形成条件和成因机理研究较少,缺乏统一的认识和理解。本文以粗颗粒土堆积体为研究对象,首先通过室内土工试验获取试验土体的基本物理性质;然后以粗颗粒土体中的细粒含量、土体的密实度和坡体模型尺寸作为控制变量进行室内水槽试验,通过试验现象和各类传感器数据确定粗颗粒土溃散性失稳破坏的形成条件和成因机制;最后研究各控制变量对粗颗粒土溃散性失稳破坏的影响。主要研究成果如下:（1）通过室内土工试验获取了粗颗粒土堆积体的基本物理性质。对粗颗粒土进行渗透试验、击实试验和沉降性分析发现:粗颗粒土堆积体的渗透系数随着土体中细粒含量以及土体密实度的增加而减小;其最大干密度随着土体中细粒含量的增加表现出先增大后减小的规律;其沉降值随着土体中细颗粒含量的增高而增大,随着土体密实度的增大而减小。（2）确定了粗颗粒土溃散性失稳破坏的形成条件。粗颗粒土室内水槽试验结果表明:只有当土体中的细粒含量在一定范围内（27%36%）,土体处于相对松散状态（27%细粒含量下Dr≤0.3、36%细粒含量下Dr≤0.4）,粗颗粒土会发生溃散性失稳破坏。当土体中的细粒含量小于27%,土体处于松散状态时,坡体表面的土颗粒会发生滚落;随着土体密实度的增加,后缘汇水高度达到阈值30cm时坡体仍不发生破坏。当土体中的细粒含量处于27%36%,且相对密实度Dr>0.4时,坡体会发生渗流淘蚀破坏。当土体中细粒含量为45%,无论土体密实度条件如何,坡体会发生局部崩滑破坏。（3）分析了粗颗粒土溃散性失稳破坏的变形破坏过程。粗颗粒土溃散性失稳破坏的全过程可描述为:在水流入渗到坡体的过程中,渗透面以下的土体逐渐饱和,孔隙水压力上升,当土体达到饱和后,孔隙水压力基本保持稳定;坡体模型破坏前,尽管无位移产生,但坡体前缘的孔隙水压力激增并且在内部产生了明显的震动;随后坡体在短时间内整体滑下,震动信号达到最强,内部位移不断增大。坡体滑动结束后,孔隙水压力下降,微震信号降为0,坡体内部位移达到最值。（4）分析了粗颗粒土溃散性失稳破坏的成因机制。坡体前缘的孔隙水压力激增是导致粗颗粒土溃散性失稳破坏的原因,通过分析得知,导致坡体前缘孔隙水压力激增的原因有两个:一是由于饱水带中的部分细颗粒经粗颗粒之间的孔隙通道流出坡体,坡体产生沉降并且压缩孔隙通道,细颗粒随水流运移到坡体前缘发生聚集、堵塞,传感器信号表现为孔压增加先于微震震动。二是由于饱水带中的部分细颗粒经粗颗粒之间的孔隙通道流出坡体,随着坡体内部孔隙的增大,坡体前缘内部垮塌使得孔隙水体积被剧烈压缩,传感器信号表现为微震震动先于孔压增加;（5）分析了粗颗粒土溃散性失稳破坏的影响因素。通过对比坡体发生溃散性失稳破坏的启动时间、滑动时间以及孔隙水压力、微震加速度和内部位移数据,研究土体中的细粒含量、土体相对密实度以及坡体模型尺寸对粗颗粒土溃散性失稳破坏的影响。研究结果表明:随着土体密实度的增大,土体内部侵蚀变弱,坡体破坏的启动时间变长,滑动时间变长,前缘孔压激增值先减小后增大,土体的滑动距离增大,前缘的震动增强;随着土体中细粒含量的增加,坡体破坏的启动时间变长,滑动时间变长,前缘孔压激增值增大,土体的滑动距离增大,前缘的震动减弱;缩小坡体模型的宽度,坡体的启动时间变长,滑动时间变化不大,土体的滑动距离增大,破坏时的震动增强。（6）分析了粗颗粒土溃散性失稳破坏的影响因素对临界水位高度的影响。用临界水位高度比Q来衡量不同影响因素下粗颗粒土溃散性失稳破坏临界水位高度的变化规律。研究结果表明:随着土体密实度的增大,不同细粒含量和模型尺寸的坡体发生溃散性失稳破坏时的临界水位高度比（Q）都基本呈线性增加。27%细粒含量下、36%细粒含量下和缩小模型尺寸后的Q值拟合结果分别为:y=0.5832x+0.2231、y=0.7301x+0.0926、y=0.7739x+0.2493。同一种密实度下,增大细粒含量或缩小模型尺寸会使粗颗粒土溃散性失稳破坏时所需的激发水位增高。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  •   1.1 选题依据及研究意义
  •   1.2 国内外研究现状
  •     1.2.1 堆积体滑坡的基本特征
  •     1.2.2 溃散性失稳破坏成因机理与判别方法
  •     1.2.3 堆积体滑坡室内水槽试验
  •   1.3 主要研究内容及技术路线
  •     1.3.1 主要研究内容
  •     1.3.2 技术路线
  •   1.4 拟解决的关键科学问题和主要创新点
  •     1.4.1 拟解决的关键科学问题
  •     1.4.2 主要创新点
  • 第2章 试验土体的物理性质
  •   2.1 土体的颗粒级配分析
  •   2.2 土体的渗透性分析
  •   2.3 土体的击实性能分析
  •   2.4 土体的沉降性分析
  •   2.5 本章小结
  • 第3章 粗颗粒土溃散性失稳破坏室内水槽试验
  •   3.1 试验目的
  •   3.2 水槽试验装置
  •     3.2.1 水槽箱
  •     3.2.2 加水系统
  •     3.2.3 测量系统
  •   3.3 传感器的标定
  •     3.3.1 孔隙水压力传感器的标定
  •     3.3.2 位移传感器的标定
  •   3.4 试验方案
  •   3.5 试验步骤
  •   3.6 试验现象分类
  •     3.6.1 渗流淘蚀破坏
  •     3.6.2 局部崩滑破坏
  •   3.7 本章小结
  • 第4章 粗颗粒土溃散性失稳破坏水槽试验结果分析
  •   4.1 粗颗粒土溃散性失稳破坏的形成条件
  •   4.2 粗颗粒土溃散性失稳破坏的形成条件分析
  •   4.3 坡体模型变形破坏过程
  •   4.4 孔隙水压力数据分析
  •   4.5 位移数据分析
  •   4.6 震动信号分析
  •   4.7 试验数据同步分析
  •   4.8 成因机制分析
  •     4.8.1 细颗粒的沉积和堵塞效应
  •     4.8.2 前缘坡体的内部坍塌
  •   4.9 本章小结
  • 第5章 粗颗粒土溃散性失稳破坏影响因素分析
  •   5.1 密实度对粗颗粒土溃散性失稳破坏的影响
  •     5.1.1 27%细粒含量下Dr=0.1 试验结果
  •     5.1.2 27%细粒含量下Dr=0.2 试验结果
  •     5.1.3 27%细粒含量下Dr=0.3 试验结果
  •     5.1.4 密实度对粗颗粒土溃散性失稳破坏的影响
  •   5.2 细粒含量对粗颗粒土溃散性失稳破坏的影响
  •     5.2.1 36%细粒含量下Dr=0.1 试验结果
  •     5.2.2 36%细粒含量下Dr=0.2 试验结果
  •     5.2.3 36%细粒含量下Dr=0.3 试验结果
  •     5.2.4 细粒含量对粗颗粒土溃散性失稳破坏的影响
  •   5.3 坡体模型尺寸对粗颗粒土溃散性失稳破坏的影响
  •     5.3.1 27%细粒含量下最松散状态试验结果
  •     5.3.2 27%细粒含量下Dr=0.1 试验结果
  •     5.3.3 27%细粒含量下Dr=0.2 试验结果
  •     5.3.4 坡体模型尺寸对粗颗粒土溃散性失稳破坏的影响
  •   5.4 临界水位高度分析
  •     5.4.1 临界水位高度存在的必要性
  •     5.4.2 临界水位高度分析
  •   5.5 本章小结
  • 结论与展望
  •   1 结论
  •   2 展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 攻读学位期间取得学术成果

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 王亮

    导师: 许强

    关键词: 粗颗粒土,溃散性失稳破坏,细粒含量,密实度,形成条件,临界水位

    来源: 成都理工大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

    专业: 地质学,地质学,工业通用技术及设备,建筑科学与工程

    单位: 成都理工大学

    分类号: P642.2;TU411

    DOI: 10.26986/d.cnki.gcdlc.2019.000086

    总页数: 98

    文件大小: 9159K

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