灌溉诱发型黄土滑坡离心模型试验研究

滑坡是一种常见的地质灾害,灌溉诱发黄土滑坡失稳是常见地质灾害之一。灌溉作用不仅改变了地下水平衡,而且降低了土体的抗滑强度,从而导致黄土滑坡的发生。针对黑方台焦家崖头13号黄土滑坡,开展了灌溉作用下滑坡失稳机理的离心模型试验研究,揭示了黄土滑坡的变形特性、应力水平及破坏模式。离心模型的制作考虑了"粒径效应"、"尺寸效应"。离心试验结果表明:随着加载时间和离心加速度的增大,模型坡体沉降量、坡体土压力、坡体孔隙水压力均逐渐增大;坡体沉降量由坡顶至坡脚逐渐减小,最大垂直位移为33.38 mm,坡体土压力由坡顶至坡脚逐渐增大,最大土压力为320 k Pa,坡体孔隙水压力表现为坡顶坡脚坡体中部,最大孔隙水压力为157.08 k Pa;坡体呈现出两级破坏模式,即第一阶段的坡脚蠕动变形,坡顶压制拉裂,第二阶段的坡体剪切滑移。     

降雨对滑坡形态影响的宏细观分析

进行人工降雨诱发边坡滑坡的模型试验,着重研究不同降雨强度对滑坡形态的影响。基于不同降雨强度下边坡发生滑坡的破坏过程,利用高速动态数据采集仪和孔隙水压力传感器进行孔压量测;利用土体水分传感器监测降雨过程中坡体内部含水率的变化情况,研究含水率和饱和度对滑坡形态的影响;并结合细观组构变化进行水土作用机理分析。研究结果表明:不同降雨强度下坡体发生滑坡的宏观破坏形态、孔压变化规律不同;随着降雨强度的增加,坡体滑坡形态从牵引式向推移式转化;牵引式滑坡形成机理为坡脚发生渗透破坏,坡体失去坡脚支撑作用而分层下滑;推移式滑坡形成机理为坡体上部雨水聚集导致孔压上升、土体强度降低,当下滑力大于抗剪强度时,上部土体挤压下部土体,突然整体滑动。本文研究有助于工程中对降雨诱发滑坡的预防和治理。     

降水条件下抗滑桩-锚杆加固边坡的离心模型试验研究

锚杆抗滑桩是一种加固边坡的有效结构。本文进行了水位下降条件下素土坡与锚杆抗滑桩组合结构加固土坡的离心模型试验，测量了边坡的位移场变化，分析了锚杆抗滑桩的行为以及土体的变形特性。试验结果表明，锚杆抗滑桩加固导致边坡位移显著减小、改变了滑裂面连续性，并使得坡体破坏表现出显著渐进性。水位下降条件下锚杆抗滑桩加固土坡的破坏过程与变形局部化表现出显著的耦合特性。锚杆抗滑桩结构使得边坡变形均匀化，阻挡了桩侧土体滑动，从而延迟了边坡破坏。     

水位骤降对边坡稳定性影响的模型试验研究

 自然界中存在着大量的临水边坡,比如河岸、海堤、土石坝、水库库岸以及湖岸等,边坡外水位的骤降极易诱发此类临水边坡的滑坡。通过大型模型试验研究水位骤降引致临水边坡滑坡的原因及失稳模式。模型边坡的尺寸为15 m×5 m×6 m(长×宽×高),边坡部分的高度为4 m。在试验中,通过水位控制系统实现坡外水位的骤降,利用数码摄像、高精度传感器、侧面示踪点等仪器设备详细记录水位骤降过程中边坡内的孔隙水压力、土水总压力,滑动面形态及坡面裂缝的形成和发展过程,揭示水位骤降引致边坡失稳的原因及失稳模式。试验结果表明,坡外水位骤降时,坡内水位的下降速度显著滞后于坡外,产生指向坡外的渗流,是滑坡产生的重要原因;松散填土边坡的失稳模式为有多重滑面的牵引破坏模式。该研究结果有助于深入认识水位骤降引致滑坡的机制,可为治理此类滑坡提供科学依据。     

水位变化诱发粉土边坡失稳离心模型试验

粉土具有明显的非饱和土力学特性,坡内外水位变化诱发粉土边坡失稳是常见工程灾害之一。分别针对坡内和坡外水位变化诱发的粉土边坡失稳情况,开展了相应的离心模型试验研究,结合非饱和土力学相关理论分析和数值模拟,揭示了粉土边坡在两种情况下的变形及失稳模式和发生机制。结果表明：当坡内水位超过1/3坡高后,在坡内渗流作用下,粉土边坡呈现逐级侵蚀剥落、从坡脚向坡顶、由浅层向深层的多级滑坡失稳;坡外水位上升将导致松散粉土边坡发生显著湿陷变形,而坡外水位骤降将造成粉土边坡的多重浅层牵引式滑坡。粉土边坡的失稳模式和发展与粉土的非饱和土力学特性密切相关。最后根据模型试验结果提出了相应的粉土边坡渗流失稳工程控制措施。     

暴雨条件引发牵引式滑坡变形机理及治理措施研究

为解决牵引式滑坡在受到暴雨入渗时的变形滑动问题,以海西高速公路网古武线K49+900～K50+050滑坡为研究对象,在分析滑坡成因的基础上,运用现场实测的手段,分析了暴雨变化过程、边坡水位及变形规律,并提出了“上部减载+下部抗滑桩+排水+长期监测”的治理方案。结果表明,在60d内的降雨分布呈现不均匀分布的变化趋势,降雨呈现4个明显的峰值过程,边坡土中地下水位的变化与降雨量的大小呈现明显的正相关趋势;3个钻孔的累积位移均随着时间的增加而呈不断增加的趋势;在第49～53天时,降雨量的迅速增加使得边坡的下滑力超过了滑动带的抗剪强度,土体的位移突然增加,导致边坡下滑;在边坡滑动之前,边坡的滑动位移与坡体内的水位、自然降雨呈现明显的相关性;在加设抗滑桩后,边坡的抗滑安全系数大幅提高,呈稳定状态。     

膨胀土地区土工膜结合抗滑桩结构在滑坡治理与桥梁桩基防护中的应用

由于膨胀土具有遇水膨胀失水收缩的特点,因此膨胀土边坡一般具有缓慢滑动的特性。即使边坡趋于稳定状体,一旦受外界影响,含水量变化产生的收缩裂缝也将引起滑动加剧发展,对桥桩基础产生较大的下滑力,导致桥体出现结构性破坏,带来巨大的损失。因此针对膨胀土滑坡的治理,除了布置合理的抗滑结构,采取有效的排水防渗措施尽量减少岸坡土体的湿度变化同样重要。通过某大桥工程实例,研究了膨胀土边坡导致大桥破坏的原因,并通过多种方案的对比,给出了抗滑桩结合复合土工膜隔离保湿应对膨胀土滑坡的治理思路及方法,解决了新桥的安全隐患,取得了良好的治理效果,对类似工程的防治对策提供借鉴。     

水位下降条件下土坡破坏的离心模型试验研究

水位下降引起土坡破坏的规律机理对于发展稳定性分析方法具有重要意义。研制了离心模型试验中超重力场水位升降模拟设备,进行水位下降条件下黏性土坡变形破坏的离心模型试验。根据试验位移测量结果,基于变形与破坏过程集成分析的思路探讨了土坡破坏机理。水位下降导致土坡发生由坡顶向坡脚的渐进性的错动破坏。水位下降条件下土坡的变形和破坏过程是耦合的。变形局部化发展是导致滑裂面出现的根本原因。滑裂面出现后滑动体内部仍发生显著的变形,并与滑裂面上的错动变形相耦合。     

水位骤降对边坡稳定性影响的模型试验及数值模拟研究

自然或人工边坡的稳定性研究是当前岩土工程研究领域的热点问题之一。随着三峡等大型水利设施的兴建和投入使用,水位骤降对边坡稳定性影响也引起人们的广泛关注。通过室内模型试验研究水位骤降引发临水边坡滑坡的原因及失稳模式是经济、便捷的常用方法。本试验模型箱的尺寸为2.5m×1.5m×1.5m(长×宽×高),边坡高度为1.05m。边坡体内埋设了10只土压力盒和7只渗压计,用于测量水位骤降过程中土压力和孔隙水压力的变化情况,记录边坡失稳破坏过程中土体内部的变化过程。同时,利用geo-slope软件模拟边坡失稳破坏的整个过程,并且利用数值模拟的结果与试验结果进行对比分析,解释边坡破坏的机理。试验结果表明:水位骤降对边坡稳定性产生很大影响,水位下降速度越快,边坡沉降也就越大,最后形成明显的位移集中区域;边坡的安全系数分别随着水位高程的减小、水位下降时间的增加出现增加最后趋于稳定;在此土质、坡形条件下的边坡破坏的形态与数值模拟所得8min时滑动面的形态相吻合,据此也用试验验证了数值模拟的可靠性。     

某膨胀土场地滑坡应急处理技术

某工程场地膨胀土边坡发生滑动,为此,对滑坡现象进行了综合应急处理:先采用坡脚反压+坡中卸荷+排水措施来稳定坡体,再对滑坡周界内的高压电塔进行了抗滑+基础加固处理。实践证明,该联合处理技术很好地稳定了坡体,保护了电塔等构筑物,对相类似的工程有一定的参考借鉴价值。     

无黏性土滑坡型泥石流形成机理的离心机模型试验研究

采用自主研发的可视化试验装置,参照某泥石流现场试验进行了离心机模型试验,研究典型滑坡型泥石流形成的宏细观机理。根据现场试验的颗粒级配和重力比,用粉砂和细砂按比例配制土样进行20g加速度下的离心机试验。利用高清数码成像设备和细观结构分析软件Geodip分别从宏观和细观角度分析了滑坡型泥石流的形成模式和水土作用机理。研究结果表明：离心机模型试验较好地重现了现场试验现象,滑坡型泥石流的形成模式为自坡脚逐渐向上分块坍塌的倒退式块体滑动。滑坡型泥石流形成的原因是坡体中细颗粒随孔隙水迁移,引起孔隙水压力升高并形成底部渗流,造成坡体发生抗剪强度破坏形成泥石流。     

Stability analysis of bank slope under conditions of reservoir impounding and rapid drawdown

Stability of an ancient landslide in a reservoir area is analyzed by using centrifugal model tests, soil laboratory tests and numerical analysis. Special attention is paid to variation in water level, simulation of large-scale heterogeneous prototype slope, and strength reduction of sliding zone soils after slope sliding. The results of centrifugal model test show that reservoir impounding can reduce sliding resistance at the slope toe, followed by toe collapsing and front cracking of slope. Rapid drawdown can produce hydrodynamic pressure towards reservoir at the front of slope. Deformation is observed in the middle and upper slope, which reduces the slope stability further and forms the pull-typed landslide trend. Reinforcement of slope toe is effective for preventing the progressive failure. The results of laboratory test show that slope toe sliding will lead to the redistribution of soil density and moisture content, which will reduce the shear strength of soil in sliding zone, and the cohesion of immersed soil is reduced gradually and finally vanishes with time. The numerical results show that the strength reduction method used in finite element method (FEM) is very effective in capturing the progressive failure induced by reservoir water level fluctuations, and the evolution of failure surface derived from numerical simulation is very similar to that observed in centrifugal model test.     

Stability analysis of bank slope under conditions of reservoir impounding and rapid drawdown

Stability of an ancient landslide in a reservoir area is analyzed by using centrifugal model tests, soil laboratory tests and numerical analysis. Special attention is paid to variation in water level, simulation of large-scale heterogeneous prototype slope, and strength reduction of sliding zone soils after slope sliding. The results of centrifugal model test show that reservoir impounding can reduce sliding resistance at the slope toe, followed by toe collapsing and front cracking of slope. Rapid drawdown can produce hydrodynamic pressure towards reservoir at the front of slope. Deformation is observed in the middle and upper slope, which reduces the slope stability further and forms the pull-typed landslide trend. Reinforcement of slope toe is effective for preventing the progressive failure. The results of laboratory test show that slope toe sliding will lead to the redistribution of soil density and moisture content, which will reduce the shear strength of soil in sliding zone, and the cohesion of immersed soil is reduced gradually and finally vanishes with time. The numerical results show that the strength reduction method used in finite element method (FEM) is very effective in capturing the progressive failure induced by reservoir water level fluctuations, and the evolution of failure surface derived from numerical simulation is very similar to that observed in centrifugal model test.     

降雨条件下折线型滑面的大型滑坡稳定性离心模型试验

以大型土工离心机为技术依托,采用离心模型试验,研究开挖和降雨对滑面为折线型的大型滑坡变形破坏和稳定性的影响。试验中采用变形标志点、颗粒图像测速技术(PIV)和可承受高离心力的传感器,在获取坡体土压力、孔隙水压力和位移矢量场的基础上,综合分析开挖和降雨诱发大型滑坡变形破坏的特征及失稳模式。试验结果表明,在滑面形态变化大的部位开挖卸荷容易引起折线型滑面大型滑坡的局部复活;受开挖卸荷和降雨影响,滑坡后缘的开挖斜坡位移最大且最先失稳;受降雨的影响,滑坡前部位移较大,坡体表面变形破坏严重,开挖斜坡下部发育一条次级滑裂面,滑坡后缘和开挖平台前沿滑面坡度突变处各形成一条潜在主滑裂面。离心模型试验显示折线型滑面的滑坡受开挖和降雨的影响可表现出分级分块滑动的变形破坏特征。稳定性分析表明,降雨使折线型滑面的大型滑坡不同滑段稳定性系数不同程度降低,滑坡后缘、开挖斜坡和滑坡前缘处于不稳定状态。     

散粒体离心模型自组织临界性及地震效应分析

基于自组织临界性(SOC)理论,运用土工离心模型试验技术,开展了粒径为0.5～1.0 mm的均匀沙和非均匀系数φ=3.1的非均匀沙两种级配的散粒体沙堆模型试验。并在试验基础上分析了散粒体斜坡崩滑地质灾害的SOC现象和地震诱发作用下散粒体斜坡崩滑失稳的模式与规律。研究结果表明,大尺度松散堆积散粒体系统在一定条件下也能呈现SOC现象,体现了以土木工程为背景的散粒体斜坡崩滑地质灾害规律,突破了关于SOC研究的尺寸效应问题;同时该沙堆模型离心试验还模拟了在拟静力水平地震力作用下散粒体斜坡崩滑的失稳模式,提出了在相当于地震烈度为Ⅴ度的拟静力水平地震力诱发作用下,φ=3.1的非均匀沙石散粒体系统崩滑失稳符合幂律分布,呈现SOC的结论。     

考虑干湿循环作用的膨胀土渠道边坡破坏机理研究

膨胀土渠道由于季节性的通水和停水,其边坡实际处于干湿循环的状态,非常容易引起边坡失稳。采用离心模型试验对干湿循环作用下的膨胀土渠道边坡稳定性进行了探讨,研究了渠道边坡的破坏机理。研究发现,由于渠道的反复通水和停水,渠道边坡土体经历了多次干湿循环,每次循环后边坡土体裂缝逐渐扩展,渠水不断入渗,饱和区逐渐扩大。渠基土的膨胀性越强,每次干湿循环后的裂隙扩展越严重,渠水入渗作用也越强,渠道越容易破坏。研究还发现,由于通水和停水造成的渠道干湿循环破坏模式主要表现为渠坡整体发生浅层失稳破坏,这一破坏模式与前人研究发现的牵引式滑坡具有较大不同之处。     

抗滑桩加固边坡变形破坏特性离心模型试验研究

抗滑桩加固边坡的增强作用与抗滑桩设置位置、桩头条件等密切相关,通过离心模型试验对不同桩位与桩头条件下采用抗滑桩加固边坡的变形破坏特性进行研究。试验表明,设在边坡中部的抗滑桩在边坡破坏前桩头水平位移最大,而在相同的破坏载荷作用下,设在中部的抗滑桩比设在上、下部以及桩头固定比桩头自由时边坡破坏后的位移矢量要小,这表明抗滑桩设边坡中部以及桩头固定对边坡土体的遮挡效果及边坡安全系数的提高最好。     

堤防边坡稳定离心模型试验技术

在进行堤防工程设计时,一般要进行竣工期、水位骤降期及高洪水位运行期的抗滑稳定分析。从试验材料模拟、工况模拟及离心机加荷运行方式等方面提出应用离心机模型试验研究堤防抗滑稳定的试验模拟技术,并探讨通过离心破坏性试验获取边坡稳定安全系数的方法。试验技术对进行堤防边坡工作与破坏机理研究以及对设计方案的论证、优选具有重要的指导意义。     

降雨条件下含软弱夹层土坡的离心模型试验研究

进行了降雨条件下含软弱夹层黏性土坡的离心模型试验。试验主要研究了降雨条件下坡体的吸力和变形规律,重点分析了软弱夹层对坡体的影响。测量了含软弱夹层黏性土坡的位移和土坡内一点的吸力。试验结果表明由于软弱夹层的遇水软化和高渗透特性,降雨后含软弱夹层黏性土坡在软弱夹层发生滑出。降雨条件下含软弱夹层黏性土坡的变形可以分为均匀变形、错动阶段和滑坡3个阶段。对降雨过程中的吸力变化与坡体应变变化进行了分析,表明可以通过坡体中各点应变的发展反推出降雨入渗时刻和分布。软弱夹层的存在造成了降雨入渗分布的变化,导致了坡体错动带在该处不再连续,并降低了边坡的稳定性。