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        天水職院滑坡黃土常規(guī)三軸試驗(yàn)研究

        2015-12-28 06:34:34梅海峰
        科學(xué)中國人 2015年24期
        關(guān)鍵詞:職院馬蘭黃土

        梅海峰

        陜西省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院

        天水職院滑坡黃土常規(guī)三軸試驗(yàn)研究

        梅海峰

        陜西省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院

        通過室內(nèi)常規(guī)三軸試驗(yàn)(UU),研究了含水率對天水職院滑坡區(qū)馬蘭黃土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)影響,以及不同含水率和圍壓下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。研究結(jié)果表明,粘聚力與含水率呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系衰減,而內(nèi)摩擦角呈二次函數(shù)關(guān)系衰減。當(dāng)圍壓和初始含水率均較小時(shí),黃土結(jié)構(gòu)性明顯,應(yīng)力應(yīng)變曲線呈軟化型;當(dāng)圍壓和初始含水率均較大時(shí),黃土結(jié)構(gòu)性不明顯,曲線呈硬化型。研究成果對天水地區(qū)滑坡預(yù)測及防治有參考意義。

        黃土;滑坡;含水率;三軸試驗(yàn)

        引言

        天水市屬典型的山間河谷盆地型城市,黃土斜坡穩(wěn)定性較差,滑坡發(fā)育且活動(dòng)頻繁[1~2]。針對這一地區(qū)滑坡形成機(jī)制,眾多研究者基于不同的滑坡研究對象,提出了不盡相同的觀點(diǎn),但有一點(diǎn)是相同的,即降雨入滲弱化了滑坡巖土體的強(qiáng)度[3~4],人類工程活動(dòng)改變了斜坡的應(yīng)力狀態(tài),二者共同作用誘發(fā)了大量的滑坡災(zāi)害。基于此,本文選取近期發(fā)生的天水職院滑坡這一典型黃土滑坡為研究對象),通過對滑坡體內(nèi)的馬蘭黃土進(jìn)行常規(guī)三軸(不排水不固結(jié))壓縮剪切試驗(yàn),研究含水率對馬蘭黃土的抗剪強(qiáng)度的影響及應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系變化規(guī)律,探討了黃土滑坡與降雨入滲引起巖土體強(qiáng)度減小及工程活動(dòng)改變斜坡應(yīng)力狀態(tài)的關(guān)系,研究成果對天水地區(qū)此類滑坡穩(wěn)定性預(yù)測與防治具有借鑒意義。

        1.研究方案

        試驗(yàn)土樣取自職院滑坡后緣的馬蘭黃土層,取樣深度為4.5m,天然含水率w=7.77%,天然密度ρ=1.643g/cm3。根據(jù)公式(1)計(jì)算所需配置試驗(yàn)含水率的應(yīng)加水質(zhì)量。

        式中:m0—原土樣的質(zhì)量;w0—土樣原含水率;w1—試驗(yàn)所需的含水率;mw—需再加水的質(zhì)量。

        通過式(1)配置了8組不同含水率試樣,在相同圍壓下,進(jìn)行常規(guī)三軸剪切試驗(yàn),研究含水率對黃土抗剪強(qiáng)度的影響規(guī)律;在四種圍壓下,進(jìn)行常規(guī)三軸剪切試驗(yàn),研究不同圍壓不同含水率下的黃土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。

        2.試驗(yàn)結(jié)果分析

        2.1 含水率對黃土抗剪強(qiáng)度影響規(guī)律

        在相同圍壓下,通過常規(guī)三軸剪切試驗(yàn),馬蘭黃土粘聚力c隨含水率的增大而逐漸減小,且當(dāng)試樣含水率小于18%時(shí)粘聚力c減小幅度較大,當(dāng)含水率大于18%時(shí)粘聚力c變化幅度較小,兩者的關(guān)系可以擬合成指數(shù)函數(shù):

        而內(nèi)摩擦角j也隨含水率的增加逐漸減小,二者的關(guān)系可擬合成二次函數(shù):

        2.2 含水率對黃土應(yīng)力-應(yīng)變曲線影響規(guī)律

        在不同圍壓和不同含水率條件下進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)成果如下:

        在相同圍壓下,應(yīng)力應(yīng)變曲線隨著含水率的增加而逐漸降低。當(dāng)圍壓和初始含水率均較小時(shí),黃土結(jié)構(gòu)性明顯,應(yīng)力應(yīng)變曲線呈軟化型,并具有剪脹性,隨著圍壓的增加,應(yīng)力強(qiáng)度峰值也逐漸增大,曲線有明顯的峰值點(diǎn),破壞形式呈現(xiàn)出脆性破壞。

        同時(shí),應(yīng)力應(yīng)變曲線可分為三段:第一段呈線性單調(diào)增加,應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系近似彈性狀態(tài);第二段呈非線性增加段,此時(shí)原狀黃土的結(jié)構(gòu)開始大量破損,顆粒開始破碎并發(fā)生滑移,大孔隙結(jié)構(gòu)開始塌陷,剪切帶逐漸形成,即新的次生結(jié)構(gòu)逐漸形成,但原有結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度削弱的程度大于新結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度產(chǎn)生的程度,應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系呈非線性狀態(tài);第三段,曲線開始呈現(xiàn)平緩或緩慢下降趨勢,反映出原有結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度已大大削弱或喪失,新的次生結(jié)構(gòu)已形成,即剪切帶已形成,剪切帶中土的性質(zhì)接近重塑土。

        當(dāng)初始含水率較大時(shí),結(jié)構(gòu)性不明顯,應(yīng)力應(yīng)變曲線主要呈硬化型,且不具有剪脹性,應(yīng)力強(qiáng)度的最大值隨圍壓的增大而增大,沒有明顯的峰值點(diǎn),破壞形式為塑性破壞。當(dāng)圍壓較大時(shí),應(yīng)力應(yīng)變曲線主要呈硬化型,且不具有剪脹性,應(yīng)力強(qiáng)度的最大值隨圍壓的增大而增大,沒有明顯的峰值點(diǎn),破壞形式為塑性破壞。這是因?yàn)楫?dāng)土體的含水率較高時(shí),土體顆粒間的水分主要為外層結(jié)合水,土顆粒之間的分子引力很弱,土體處于可塑狀態(tài),隨著土體含水率的減小,土體的可塑性逐漸減弱,當(dāng)含水率較低時(shí),土體堅(jiān)硬,土顆粒間的水分主要是強(qiáng)結(jié)合水,土體顆粒之間的引力很大,要使土體破壞,必須克服很大的分子引力,此時(shí)土體破壞是結(jié)構(gòu)的破壞,因此,剪切時(shí)會(huì)出現(xiàn)峰值,土體破壞后,強(qiáng)度明顯下降。這說明含水率和圍壓是其強(qiáng)度變形破壞的主要因素。

        3.結(jié)論

        通過常規(guī)三軸(不排水不固結(jié))試驗(yàn),分析了含水率對職院滑坡區(qū)馬蘭黃土的抗剪強(qiáng)度影響以及不同含水率及圍壓下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線,得到以下結(jié)論:

        3.1 含水率對馬蘭黃土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)有很大影響,粘聚力和內(nèi)摩擦角均隨著含水率的增大不斷減小。

        3.2 在相同圍壓下,應(yīng)力應(yīng)變曲線隨著含水率的增加而逐漸降低。當(dāng)圍壓和初始含水率均較小時(shí),黃土結(jié)構(gòu)性明顯,應(yīng)力應(yīng)變曲線呈軟化型;當(dāng)初始含水率和圍壓均較大時(shí),結(jié)構(gòu)性不明顯,應(yīng)力應(yīng)變曲線呈硬化型。

        3.3 坡腳人工開挖可表現(xiàn)為土體圍壓減小,應(yīng)變曲線表現(xiàn)為軟化型,降雨入滲增大了上覆馬蘭黃土及滑坡面(帶)的含水率,引起其抗剪強(qiáng)不同程度的弱化,二者共同作用引起職院滑坡的發(fā)生。

        [1]吳瑋江,王念秦.天水市滑坡泥石流災(zāi)害[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2003,(05)

        [2]成玉祥.天水地區(qū)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量系統(tǒng)評(píng)價(jià)及可持續(xù)發(fā)展對策研究[D].長安大學(xué),2003

        [3]李媛,吳奇.孟家山黃土-紅層接觸面滑坡破壞機(jī)理研究[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2001,(1):52-54.

        [4]文寶萍,王思敬,王恩志.黃土-紅層接觸面滑坡的變形特征[J].地質(zhì)學(xué)報(bào),2005,79(1):144-149.

        [5]米海珍,李如夢,牛軍賢.蘭州原狀黃土剪切強(qiáng)度特性的試驗(yàn)研究[J].蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào),2006,32(4),109-111

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