理县黄泥坝子滑坡滑带土强度特性及稳定性分析

论文摘要

西部山区地质条件复杂,滑坡灾害频发,灾害损失严重,防灾减灾工作任重道远。黄泥坝子滑坡位于四川理县,发生于2017年8月9日。滑坡失稳后,堆积体持续滑动时间长达三个多月,此后减速开始缓慢蠕动,对前缘及坡下的居民和交通安全造成严重威胁。该滑坡产生长时间滑动的原因,除了受地形和降雨等因素影响外,滑带土的强度特性及变化规律是一个关键因素,因此分析研究查明滑坡滑带土的强度特性及稳定性状况十分必要,且对于指导防灾减灾具有重要意义。该论文通过一年多的跟踪调查和监测,滑带土微观结构、矿物成分及水化反应、直剪试验、环剪试验与三轴蠕变试验,数值模型分析计算等研究工作,分析了滑坡地质特征、演化过程及变形机理,研究了滑带土物理性质、抗剪强度和蠕变等力学特性,计算分析了滑坡渗流场及稳定性。得到了以下研究成果:（1）黄泥坝子滑坡属于大型-复合式-中速-土质滑坡。滑坡体积120万m3,最大滑距174m,滑坡运动过程分为等速、加速、减速及蠕动等阶段,滑坡空间上分为主滑动、次级滑动、牵引、堆积及挤压变形区,变形破坏模式随空间演化而改变。滑坡具有运动时间长、滑程短、逐级破坏的特点,诱发因素主要为降雨。综合分析认为顺直的地形、复杂的破坏模式及特殊的滑带土物理力学性质是促使滑坡长时间缓慢运动的原因。（2）滑带土物理性质较为特殊。滑带土中粉粒和粘粒含量均在38%以上,粘土矿物含量为57.29%,矿物多呈片状,剪切后颗粒沿剪切面重新定向排列;饱水过程中,滑带土中部分碎屑矿物（长石）会转化为粘土矿物（伊利石和蒙脱石）,可溶性矿物会溶解,从而导致了滑带土细微观结构发生改变,K+、Na+、Ca2+、SO42-、HCO3-、Cl-等离子浓度均呈现对数增长趋势。（3）滑带土强度的直剪试验结果表明,原状土存在较强的原生结构,原状和重塑土的抗剪强度均随含水率的增加而快速减小,随浸泡时间均呈先快后慢的显著衰减;原状土抗剪强度的下降降幅远大于重塑土,其中粘聚力降幅大于内摩擦角,滑带土抗剪强度急剧下降阶段含水率范围为18.124.6%。浸水48h72h是滑带土抗剪强度和各离子溶度由快速转为缓慢变化的转折区间,粘聚力衰减归因于矿物溶解及离子交换等水土相互作用,改变了滑带土的细微观结构;内摩擦角衰减归因于水土反应过程中碎屑矿物部分转化为内摩擦角更小的粘土矿物以及水润滑降低了颗粒间的摩擦阻力。（4）滑带土强度的环剪试验分析表明,剪切速率较大时,剪应力-位移曲线波动幅度较大,且达到稳定状态需要更大的变形,随着剪切速率的增大,滑带土峰值强度和残余强度均增大,残余强度的增大与滑带土粘粒含量较高有关;滑带土的峰值粘聚力、峰值内摩擦角以及综合内摩擦角均可与剪切速率拟合成良好的对数关系。（5）滑带土的三轴蠕变试验分析显示,滑带土蠕变过程包括瞬时弹塑性变形、衰减蠕变和稳态蠕变阶段,由结构转变引起的土体软化在蠕变中起主导作用,滑带土的稳定变形速率和绝对变形量均与轴向应力值表现为正相关。滑带土长期强度:c=16.4 kPa,?=14.34°,与峰值强度参数相比分别减少了43.8%和28.9%,表明了时间效应对粘聚力的影响要大于内摩擦角,而内摩擦角的减小表明颗粒位置的不断调整是显著的。（6）模拟分析计算显示,天然状态下滑坡堆积体的稳定性系数为1.018,处于欠稳定状态;20mm/d持续降雨条件下,随着滑带土逐渐饱水,滑坡稳定性会快速下降而处于不稳定状态。

论文目录

摘要

Abstract

第1章引言

1.1 选题依据及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 堆积层滑坡复活机理研究现状

1.2.2 滑带土物理性质研究现状

1.2.3 滑带土抗剪强度研究现状

1.2.4 滑带土蠕变特性研究现状

1.3 研究内容、方案及技术路线

1.3.1 研究内容及方案

1.3.2 技术路线

1.4 主要成果及创新

1.4.1 主要成果

1.4.2 论文创新点

第2章黄泥坝子滑坡工程地质特征分析

2.1 滑坡地质背景

2.1.1 气象水文

2.1.2 地形地貌

2.1.3 地层岩性

2.1.4 地质构造与地震

2.1.5 人类工程活动

2.2 滑坡地质特征

2.2.1 滑坡基本特征

2.2.2 滑坡分区特征

2.2.3 滑坡物质组成及结构特征

2.3 滑坡演化过程及机理分析

2.3.1 滑坡失稳前变形特征

2.3.2 滑坡失稳后运动特征

2.3.3 现阶段变形特征

2.3.4 滑坡变形破坏机理分析

2.3.5 滑坡长时间运动机理分析

第3章黄泥坝子滑坡滑带土物理性质及水化作用分析

3.1 取样

3.2 滑带土物理性质

3.2.1 滑带土粒度成分分析

3.2.2 滑带土的物理指标

3.3 滑带土微观结构及矿物成分分析

3.3.1 电镜扫描试验

3.3.2 X射线衍射测试

3.4 滑带土的水化作用机理

3.4.1 水化作用下滑带土微观结构的分析

3.4.2 水化作用下滑带土矿物成分的变化

3.4.3 滑带土的水-物理化学反应分析

3.5 本章小结

第4章黄泥坝子滑坡滑带土强度特性研究

4.1 滑带土抗剪强度研究方法及内容

4.1.1 研究方法

4.1.2 研究内容

4.2 滑带土抗剪强度的主要影响因素

4.2.1 含水率

4.2.2 滑带土中粘土矿物含量及类型

4.2.3 滑带土的结构及裂隙

4.2.4 不同的研究方法

4.3 基于直剪试验的滑带土抗剪强度特性研究

4.3.1 试样制备和试验方案

4.3.2 试验步骤

4.3.3 不同含水率下滑带土的抗剪强度特性

4.3.4 滑带土遇水软化特性研究

4.3.5 水土相互作用下强度衰减机理分析

4.4 基于环剪试验的滑带土残余强度特性研究

4.4.1 环剪试验概述

4.4.2 试验结果分析

4.4.3 滑带土残余强度特性分析

4.5 本章小结

第5章黄泥坝子滑坡滑带土蠕变特性研究

5.1 概述

5.2 滑带土常规三轴剪切试验

5.2.1 试验设备及原理

5.2.2 试验设计

5.2.3 试验成果分析

5.3 滑带土蠕变试验

5.3.1 试验仪器

5.3.2 试验设计

5.4 滑带土蠕变行为

5.4.1 滑带土蠕变规律

5.4.2 滑带土长期强度

5.5 本章小结

第6章黄泥坝子滑坡堆积体稳定性分析

6.1 基本理论及计算方法

6.2 数值模型

6.3 计算方案及参数

6.4 数值模拟结果分析

6.4.1 渗流场计算结果分析

6.4.2 稳定性计算结果分析

6.5 本章小结

结论与展望

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: 段诚仕

导师: 汤明高

关键词: 滑坡,滑带土,物理性质,力学强度,蠕变特性,稳定性

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

单位: 成都理工大学

基金: 国家自然科学基金创新研究群体“西部地区重大地质灾害潜在隐患早期识别与监测预警(41521002)”,973计划课题“大型隐蔽性滑坡致灾因子识别方法研究”

分类号: P642.22

DOI: 10.26986/d.cnki.gcdlc.2019.000972

总页数: 105

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