山西乡宁—吉县地区黄土高边坡可靠度研究

在山西乡宁—吉县地区实测了7个具有代表性的自然极限状态黄土高边坡断面,建立边坡地层结构模型;选取研究区合理的黄土物理力学参数,并分地层年代对10个典型工点的黄土强度参数内聚力和内摩擦角的变异性进行分析;选取6组典型的强度参数变异系数组合,基于Monte-Carlo法进行可靠度模拟,评价该区边坡稳定性;采用自然类比法进行边坡设计。结果表明：边坡失效概率随坡高的变化趋势一致,均是中等坡高（49.8m）的边坡失效概率较大,低坡和高坡的失效概率较低;当变异系数较小时,边坡失效概率对坡高和坡度的变化敏感,而当变异系数较大时,边坡失效概率对坡高和坡度的变化不敏感;当坡型一定、强度参数变异系数较小时,边坡的稳定系数基本不变,而当参数变异系数超过某一界限时,稳定系数随变异系数的增大而增大,二者存在非线性相关关系;研究区黄土边坡处于基本稳定状态,但其失效概率最大达69.3%,平均21.1%,介于20%～30%的比例为33.3%,大于30%的比例为14.3%,可靠度指标介于-0.5～8.5,其中小于2.7的比例为88.1%;对于坡高约为50m的黄土高边坡,若取30%作为可接受失效概率,边坡坡度需降至45°以下,如果期望可接受失效概率在10%以内,则坡度不宜超过34°。     

黄土边坡降雨侵蚀特征的物理模拟试验研究

黄土边坡的侵蚀破坏是引起黄土地区公路边坡自然灾害的主要诱因。通过建立室内边坡降雨冲刷物理模型, 进行黄土边坡侵蚀破坏的模拟试验, 再现边坡溅蚀、片蚀、沟蚀、坍塌的基本破坏过程, 并对坡面降雨冲刷的演变过程和侵蚀机理进行了细致的描述和分析。试验表明:在一定的降雨雨强下, 径流TSS(携砂能力)和单位面积侵蚀泥沙量随着试验坡度的增加逐渐增加, 而径流总量、侵蚀干泥沙量随着坡度的增加而相应变小。同时, 黄土边坡侵蚀冲刷过程中的主要侵蚀能力参数如坡面径流总量、汇流干泥沙量、侵蚀干泥沙量等与降雨雨强之间存在相应的关系。     

反复冻融条件下黄土边坡稳定性分析

春季冻土融化导致黄土地区边坡冻融灾害频繁发生,因对其机理性研究的不足,目前对此尚不能进行量化分析和预测。本文首先对西安Q3原状黄土进行室内冻融试验,研究冻融作用对其剪切强度的影响;其次,基于室内试验数据,运用有限元强度折减法对黄土边坡冻融失稳特征进行数值计算分析。研究发现:黄土试样粘聚力随冻融次数增加呈指数衰减趋势;粘聚力随含水率增加表现出线性衰减特征且冻融后粘聚力与含水率的变化曲线近似重合;内摩擦角无明显规律性变化。黄土边坡安全系数随冻融次数增加亦呈指数衰减趋势,这与粘聚力随冻融次数的变化规律是一致的;安全系数随冻融深度和冻融区初始含水率增加显著减小且降低幅度逐渐增加;安全系数随坡度系数和放坡级数增加近似呈线性增加特征。黄土边坡冻融滑裂面与季节冻融深度线近似重合。     

含水量对黄土边坡稳定性的影响

为了研究含水量变化对黄土边坡稳定性的影响,首先对兰州某黄土边坡的黄土试样进行了不同含水量下的直剪试验。试验结果表明,随着含水量的增加,黄土的抗剪强度以幂函数形式减小。但含水量对内摩擦角的影响更显著。因为黄土的粘聚力较小,其变化对抗剪强度的影响相对较小。其次,应用直剪试验结果对四个简单边坡模型进行了黄土边坡稳定性系数随含水量变化的分析。分析表明:随着含水量的增加,黄土边坡的稳定性系数以幂函数形式逐渐降低,当含水量较高时逐渐趋缓。实际上,边坡稳定性系数随含水量变化规律与抗剪强度随含水量变化规律相似。相同坡度时,边坡的高度对稳定性系数有不太大的影响,特别当黄土边坡含水量达到9%以上时,坡高对边坡稳定性系数的影响可以忽略。     

黄土边坡开挖卸荷力学响应与破坏机理研究

开挖黄土边坡诱发的黄土滑坡频繁发生, 对黄土地区的工程建设产生了极大的威胁, 严重阻碍了各种基础设施建设的推进, 认识开挖卸荷过程中黄土边坡的力学响应机制及变形破坏过程, 是对此类型滑坡进行防治的前提条件和重要依据。基于此, 开展饱和黄土常规三轴剪切试验和卸荷路径下的三轴剪切试验(卸荷三轴试验), 着重分析在两种应力路径下饱和黄土的力学响应及变形特征, 并以兰州上洼子滑坡为例对其形成机制进行分析。研究表明:(1)在三轴试验中, 相比于常规条件, 侧向卸荷条件下, 虽然孔压增长幅度较低, 但卸荷导致侧向压力大大降低, 因此孔压比快速增长, 有效应力持续降低, 对边坡的稳定更为不利; (2)侧向卸荷条件下试样达到峰值强度时所需应变更小(1%~2%), 表明卸荷条件下边坡更易失稳破坏且具有突发性; (3)两种应力路径下饱和土体抗剪强度参数有显著差异, 与标准三轴剪切试验相比, 卸载三轴剪切条件下, c'值降低62.32%~76.92%, 且接近于零, 有效内摩擦角φ'值增大26.92%~29.77%;(4)采用FLAC-3D对上洼子滑坡进行数值模拟分析, 选取侧向卸荷三轴剪切试验结果更符合土体真实应力路径, 揭示了上洼子滑坡的破坏模式为“后退渐进式”。     

饱和黄土稳态强度特性的试验研究

饱和黄土的稳态强度（残余强度）是黄土边坡是否发生流滑的关键因素,为了评价饱和黄土的残余强度就需要很好地了解饱和黄土的不排水剪切性能。通过对重塑黄土的固结不排水三轴试验,研究了饱和黄土的稳态强度特性。试验研究发现饱和黄土有两种典型的不排水剪切特性：稳态特性和准稳态特性,且大多数情况下饱和黄土总表现为稳态特性,只有疏松的黄土表现出准稳态特性。根据试验结果得出了黄土的稳态线与稳态强度线,用来分析黄土边坡的流滑机理。同时证明了饱和黄土稳态线的存在性和惟一性;探讨了描述黄土稳态性质的参数内摩擦角和黏聚力的物理含义;比较了饱和黄土与砂土稳态特性的差异。     

原状非饱和Q3黄土的土压力原位测试和强度特性研究

为了揭示原状黄土的土压力的分布规律及其在开挖过程和浸水过程中的变化规律,对兰州市一个高18 m的Q3黄土边坡进行了现场试验,量测了边坡的位移、土压力、基质吸力和含水率,观测了该边坡的破坏过程,同时进行了一组控制吸力的原状黄土的非饱和三轴剪切试验。研究结果表明：①原状Q3黄土的表观黏聚力和有效摩擦角与吸力之间均为非线性关系。②原状黄土边坡的土压力随着土坡开挖深度的增加而不断增大。边坡开挖结束后的土压力分布大致呈中间大,两端小的三角形,最大土压力位置在大约坡高的1/3位置处。与朗肯土压力理论计算结果相比,实测黄土边坡的土压力远小于计算值。在浸水条件下,非饱和黄土的边坡土压力增速较大,浸水是边坡产生破坏的直接原因。     

陕北砂黄土高边坡可靠度分析及边坡优化设计

在野外调查及室内试验分析的基础上，阐述了黄土高原北部砂黄土边坡破坏的主要形式，并分析了制约砂黄土高边坡稳定性的相关因素。以陕北地区高等级公路边坡为例，采用极限平衡条分法，建立了砂黄土边坡的状态方程；将抗剪强度参数c、φ值作为随机变量，采用蒙特卡罗（Monte-Carlo）法对砂黄土高边坡进行了可靠度分析。计算结果与已发生破坏的典型砂黄土边坡对比分析表明，抛物线型破坏面可以较好地逼近实际滑裂面；对于同一边坡而言，在大致相同的总体坡度条件下，阶状坡的稳定性明显优于坡形为一坡到顶的边坡。文章基于分析计算结果，对210国道绥德段砂黄土边坡进行了优化设计，所提出的砂黄土高边坡优化设计思路和方法可供工程设计部门参考。     

黄土滑坡流滑机理的试验研究

饱和黄土的稳态强度（残余强度）是黄土边坡是否发生流滑的关键因素,为了评价饱和黄土的残余强度就需要很好的了解饱和黄土的不排水剪切性能。通过对饱和黄土的固结不排水三轴试验研究了饱和黄土的稳态强度理论。试验研究发现饱和黄土有两种典型的不排水剪切特性:稳态特性、准稳态特性。且大多数情况下饱和黄土总表现为稳态特性,只有疏松的黄土表现出准稳态特性;根据试验结果得出了黄土的稳态线与稳态强度线,可以用来分析黄土边坡的流滑机理。探讨了描述黄土稳态性质的参数内摩擦角和粘聚力的物理含义;比较了由地震引发的滑坡与灌溉诱发的滑坡流滑机理的差异,对于地震引起的黄土滑坡土体残余（稳态）强度起决定性作用,而对于灌溉引起的黄土滑坡土体的峰值强度才是关键因素。     

泾阳南塬边坡稳定性理正模拟分析

泾阳南部黄土台塬塬边,地形高差大,坡度陡斜,直接以陡坡形式与泾河漫滩相接,加之泾河不断侵蚀,在人类工程活动密集地带,常发生崩岸型滑坡。结合对前人关于黄土滑坡研究成果,利用理正软件对该区进行边坡稳定性模拟分析,得出泾阳南塬黄土滑坡的形成主要是地表水和地下水共同作用的结果;当K=1时,各土层的内摩擦角φ随着粘聚力с的增加逐渐降低,直到减小为零。     

季节性冻融作用及其对斜坡土体强度的影响——以甘肃黑方台地区为例

季节性冻土地区黄土斜坡冬春交际常发生崩塌、滑坡等地质灾害,造成了严重的生命财产损失.位于甘肃省永靖县的黄土台塬——黑方台为典型的季节性冻土地区,其3月份黄土滑坡灾害高发.通过对滑坡体的野外调查、原位监测,分析了该地区的冻融作用特征及其对斜坡土体强度的影响,证实了该地区表层土体存在显著的冻融循环作用,总结了斜坡体受冻融作用影响的宏观表现和受气温影响的斜坡表层黄土地温变化过程.在此基础上设计开展了黄土室内力学性质试验,分析了不同初始含水率对冻结黄土三轴抗剪强度参数的影响,对比分析了黄土与冻结黄土的三轴抗剪强度参数变化.由天然和饱和2种状态下的黄土经历15次冻融循环后的直剪实验得出冻融循环作用对黄土强度影响较大的结论.该结果可为冻融期黄土斜坡稳定性分析提供参考.     

甘肃永靖黑方台地区黄土滑坡土的力学性质

与地下水位以下的饱和黄土力学性质相比,包气带黄土力学性质具有不同的表征参数和测试方法,其对黄土斜坡渗流场和稳定性的影响不容忽视.以甘肃黑方台地区黄土为例,分别采用张力计和轴平移技术量测了黄土的部分区段土-水特征曲线,依据Gardner、Van Genuchten和Fredlund and Xing 3种经验公式对轴平移测试数据进行拟合,获取了完整的土-水特征曲线.基于GDS多功能三轴仪,通过控制基质吸力的三轴剪切试验,获取了考虑基质吸力的黄土强度参数.结果显示:张力计和轴平移技术量测的部分区段土-水特征曲线具有相近的曲线形态,但张力计曲线位于轴平移技术曲线的上方;当基质吸力由100kPa减小至20kPa时,黄土内摩擦角减小约1°,粘聚力下降近22kPa;拟合所得的黑方台地区黄土的基质吸力摩擦角为15.6°.试验为进行黑方台黄土斜坡的非饱和渗流和稳定性分析提供了参数.     

甘肃永靖黑方台地区滑坡形成的黄土时效特性

甘肃黑方台地区是中国滑坡预测预报研究和实践的热点地区,开展黄土时效特性试验是进行滑坡预测预报的基础.以黑方台原状黄土为研究对象,开展了2个含水量、4个围压、八级偏应力水平下的黄土三轴固结排水蠕变试验,研究了黑方台黄土的粘-弹-塑性变形破坏规律.蠕变试验结果表明,相同含水量和围压下,偏应力越大时,黄土的蠕变变形量越大;围压和偏应力水平一定时,含水量越高,蠕变越容易,蠕变量越大;黄土具有显著的非线性粘-弹-塑性变形特征.分析认为黑方台黄土普遍表现出稳定型和渐变型的变形特征,进行该地区滑坡预测预报是有科学基础的.以试验数据为基础,采用幂函数和对数函数分别拟合得到黄土的蠕变模型.建议采用对数型经验方程进行黑方台黄土斜坡长期稳定性分析和滑坡预测预报.     

台塬塬顶裂缝对黄土斜坡水文响应的影响

针对黑方台黄土滑坡,从现场灌溉试验监测数据和数值模拟分析着手,研究灌溉过程中台塬斜坡的水文响应以及对黄土斜坡稳定性的影响。结果表明：短期的灌溉并不能对地下水位形成有效的补给,但是却容易引起斜坡浅部范围内体积含水量增加,从而使得抗剪强度降低,最终在台缘顶部发生滑塌,台塬顶部裂缝的存在会使得浅部体积含水量增加速度加快,加速土体弱化,更易发生台塬顶部的滑塌;从长期灌溉模拟来看,裂缝的存在会加速地下水位的上升。从数据上论证了黄土斜坡受裂缝的影响特性,为研究黄土滑坡与地表水入渗的关系提供数据参考。此外,数值模拟与监测数据有很好的对应关系,用其模拟灌溉引起的斜坡水文响应是可行的。     

饱和土体原位大型剪切试验方法与实践

由于室内剪切试验结果存在试样结构性扰动和尺寸效应等带来的不确定性问题,且以往的常规原位大型剪切试验是针对天然状态土体,不能获得饱和土体的强度参数,导致岩土结构稳定性分析和工程设计中大多采用反演方法求取强度参数,而很少直接运用这些试验参数.在本次试验方法研究中,试验仪器仍然采用常规的天然土体原位大型剪切试验仪器,针对土体饱和问题,设计了“制样后饱和法”和“饱和后制样法”2种浸水饱和装置,并采用这2套装置在甘肃省黑方台地区进行了7个饱和黄土原位大型剪切试验.结果表明,2种饱和方法都能够使土样饱和,“饱和后制样法”容易达到饱和,试验历时短,但对试样扰动大,甚至导致试样在制样时破坏,试验成功率低;“制样后饱和法”达到饱和历时稍长,对试样扰动小,试验成功率高.与原位天然大剪试验相比,粘聚力c值由44.65kPa下降至17.35kPa,φ值由14.18°降至11.95°;与室内饱和固结快剪相比,饱和黄土原位大剪的c值增加约4kPa,φ值增加3°左右.     

Causes of landslide recurrence in a loess platform with respect to hydrological processes

Irrigation-induced landslide is a recurring problem in the Heifangtai loess platform of northwest China. The landslide sites are characterized by a concave topography. Numerical modeling indicates that the groundwater table at the past-landslide site rises more quickly than the other natural platform borders under irrigation conditions. This is consistent with the field observations that seepage of the groundwater appeared in the hollow is higher than that of lateral slopes. In order to investigate the response of soil behavior due to rise in groundwater table, stress-path tests were performed on undisturbed specimens. It has been observed that the increase in pore water pressure in loess can trigger soil liquefaction and eventually results in landslide. Hence, the concave past-landslide site is much more prone to landsliding, which contributed to the landslide recurrence.     

甘肃永靖黑方台地区灌溉诱发型滑坡发育特征 及力学机制

水是诱发黄土滑坡最为积极的因素,以灌溉诱发型滑坡尤为典型.基于野外水工环地质综合调查,对黑方台地区灌溉渗透诱发滑坡的发育特征进行总结.通过分析特定孕灾地质条件下滑坡发育特征的差异,认为黄土滑坡形成的力学机制以滑移-压致拉裂-剪断型和蠕滑-拉裂-滑移型为主,而黄土-基岩滑坡以滑移-压致-拉裂型为主.滑移-压致拉裂-剪断型黄土滑坡为原位溯源后退扩展式,系灌溉水入渗后造成黄土饱和带厚度增大,不仅造成台缘周边地下水溢出带部位渗透压力增大,且抗剪强度显著弱化,从而在坡体自重作用下发生蠕滑剪切.锁固段突然破坏使滑坡快速启动,滑体冲击致早期饱水滑床产生液化,产生高位抛射,借助原始地形滑体加速运移形成高速远程运动.蠕滑-拉裂-滑移型黄土滑坡是黄土底部饱和带厚度较薄或灌溉入渗影响较小的地段,以后缘拉裂为主激发形成.渗灌溉水长期入渗造成下伏基岩顺倾泥岩层面软化泥化,从而在顺向坡段产生黄土-基岩顺层滑坡,该类滑坡以低速短程滑坡为主.     

引水灌区黄土地质灾害成因机制与防控技术 ——以黄河三峡库区甘肃黑方台移民灌区为例

黄土是具有水敏性的特殊类土,遇水后性质发生明显变化,甚至引发地质灾害.甘肃黑方台地区由于引水灌溉引发的滑坡和黄土湿陷等灾害十分严重,也很典型,已成为地质灾害研究和工程实践的热点地区之一.针对引水灌区黄土地质灾害成因机制研究与防控技术中存在的问题,以黑方台地区为例,从灌溉水入渗引起的地下水动力场与黄土工程地质性质响应及其诱发的黄土滑坡和黄土湿陷灾害等方面开展了国际合作研究.研究表明,40余年引水灌溉导致台塬中心部位地下水位上升了20m,升幅为0.476m/a,导致滑坡灾害频发,平均每年发生3～4次,引起黄土湿陷总量达5.9m,非饱和黄土和湿陷系数小于0.015的黄土所引起的湿陷量达到2.16m,对黄土湿陷性研究提出新的挑战.灌区地质灾害风险防控的关键是改变灌溉模式,减少地下水补给,实施排水工程,有效地降低斜坡地带的地下水位.     

兰州Q4黄土各向异性的初步研究

水敏感性和结构性是黄土区别于其他类型土的主要特点,得到了广泛的研究,但大多数试验研究都采用垂直方向制备的试样,仅考虑了黄土垂直方向的力学特性,这对于以承受上部垂直荷载为主的黄土地基基础等工程类型来说是合理和准确的,而对于受力状态较为复杂的边坡和隧道及地下结构等工程类型,黄土力学性质的各向异性可能更为重要。分别从垂直向和水平向制取兰州Q4黄土的原状土试样,通过三轴剪切试验研究了其抗剪强度和变形参数在不同围压下和不同方向上的差异性,并与直剪试验获得的强度参数进行对比。结果表明：兰州Q4黄土力学性质的各向异性是较为显著的,强度方面的差异主要体现在黏聚力,而内摩擦角的差异性较小;变形特征具有随围压增加而从脆性向塑性转化的特点,垂直方向的变形模量比水平方向的变形模量平均要大2倍左右。用黄土的结构性强度及其形成机制解释了试验结果,认为黄土力学性质的各向异性特点是其结构性的另一种表现方式,应重视黄土在不同方向上强度和变形特征的差异性,以获得更安全合理的参数。     

钻孔剪切试验及其在黄土中的应用

钻孔剪切试验是一种通过在钻孔侧壁上进行直剪试验来测定土体黏聚力和内摩擦角的原位测试方法。阐述和总结了钻孔剪切试验的基本原理、试验和数据处理方法。为了评估钻孔剪切试验测定黄土抗剪强度指标的适用性,采用Iowa钻孔剪切试验仪实测了不同深度黄土的抗剪强度指标,并与室内三轴剪切试验（CU）和直剪试验结果进行了对比。试验结果显示,钻孔剪切试验用于测定黄土的抗剪强度指标时,抗剪强度与法向压力具有较好的线性相关性;试验黄土的钻孔剪切试验应力-应变关系曲线为应变软化型;钻孔剪切试验结果与室内三轴剪切试验（CU）和直剪试验结果相比,黏聚力降低,内摩擦角增大;均质黄土地层的钻孔剪切试验数据离散性相对较小,可采用“整体”破坏包线法对抗剪强度指标进行统计。