陕-甘G312高速公路彬县滑坡群稳定性数值分析

由于地质环境薄弱,在西部公路等基础设施建设中,存在很多工程地质问题。陕甘G312高速公路彬县滑坡群就座落在公路连接线经过的泾河左岸与黄土塬之间的斜坡沟壑地带。对公路的正常的运营存在潜在威胁。在探明滑坡群工程地质特征和成因机制基础上,采用边坡稳定性分析软件FLAC/SLOPE,将滑坡群分成3个相对独立的滑坡体单元(Ⅰ号滑坡、Ⅱ号滑坡、Ⅲ号滑坡),选取4个具有代表性的地质剖面,建立地质模型。并按天然状态和饱和状态对滑坡群的稳定性进行了数值分析。剪应变率云图和稳定性计算结果表明,滑坡群在天然及饱和状态下均处于稳定状态。但滑坡群剪出口以下因公路开挖而形成的边坡处于不稳定状态。与现场变形现象相吻合。     

黄土滑坡诱发因素及其形成机理研究

近年来,黄土滑坡灾害发生频率呈现增加的趋势,研究黄土滑坡诱发因素及其形成机理是有效减缓黄土滑坡灾害风险的基础。据西北黄土高原地质灾害详细调查,黄土滑坡的诱发因素有自然和人为2类。自然因素包括地震、河流及沟谷侵蚀、降雨及冻融等; 人为因素有堆载与开挖、农业灌溉、修建水库等。研究表明,降水和人类工程活动是最积极的诱发因素。地震加速度引起的抛射作用和粉尘化效应以及振动液化效应是地震诱发黄土滑坡的主要原因。河流的侧向和下切侵蚀作用在河流的不同发育期诱发机理有所不同,导致斜坡变形破坏模式也有所区别。冻融作用诱发黄土滑坡的机理类型分为冻结滞水效应型和融化强度降低型等。降水作用诱发黄土滑坡的机理按触发滑坡的降水特征分为暴雨型和淋雨型,按地下水的作用方式分为优势通道-局部地下水型、地下水位上升型和增重型等。诱发黄土滑坡的人类工程活动分为斩坡型、灌溉型、水库型、堆载型等。     

条形荷载下不排水土坡破坏模式判定及极限承载力估算

为了确定边坡放置地基的极限承载力,采用弹-理想塑性有限元,分析了不排水土坡(u=0)的坡肩上放置条形基础的地基极限承载力。结果表明,不排水土坡地基极限承载力仍可沿用Terzaghi水平地基极限承载力计算公式qu=cuNc。不考虑重度条件下,土坡地基的破坏模式类似于水平地基破坏模式,承载力系数Nc与极限分析法计算的结果一致;考虑重度条件下,可用土坡实际状态的Taylor数与其极限状态的Taylor数的差值N作为判别指标,当该值较小时将发生边坡破坏模式,较大时发生地基破坏模式,找出了两种破坏模式的N分界点,确定了Nc与N的关系,建立起坡肩作用条形荷载下不排水土坡极限承载力计算公式。     

黄土完全软化强度与残余强度的对比试验研究

为了解决复活蠕滑型黄土滑坡强度参数的取值问题,开展完全软化强度与残余强度的对比试验研究。以山西地区典型黄土为研究对象,采用预压固结法制备饱和重塑试样,并进行反复直剪强度试验获取完全软化强度和残余强度参数。试验结果表明：黄土的完全软化强度以黏聚力为零、颗粒未发生定向排列为主要特征。完全软化强度与二次固结应力和黏粒含量有关。试样在二次固结应力小于300kPa时的应力-应变曲线呈应变软化型,完全软化强度大于残余强度,黏粒含量高的试样应变软化更显著; 试样在二次固结应力大于等于300kPa时的应力应变曲线呈理想塑性型,完全软化强度近似等于残余强度。完全软化内摩擦角与残余内摩擦角的差值和预压固结应力、二次固结应力及黏粒含量有关。完全软化内摩擦角与残余内摩擦角的差值随二次固结应力的增大而减小,最终趋于0。当预压固结应力小于300kPa时,内摩擦角差值及黏粒含量对内摩擦角差值的影响随着预压固结应力的减小呈乘幂性增大; 当预压固结应力大于等于300kPa时,完全软化强度近似等于残余强度,可用完全软化强度近似代替残余强度。研究结论为复活蠕滑型黄土滑坡稳定性分析时强度参数的取值提供了一定的参考。     

根据参数反演结果分析非饱和黄土边坡破坏机理

边坡的变形破坏本质上有两方面的因素控制,(1)开挖或堆载引起斜坡内应力的重分布; (2)地表水渗入或地下水变动引起其抗剪强度的变化。大部分黄土路堑边坡位于地下水位以上,斜坡开挖以后,应力不再改变。 如果不是在人工灌溉区,其破坏大多可归结为降雨入渗引起的黄土抗剪强度的降低。对于非饱和黄土来讲,其孔隙水压力为负值,传统的Terzaghi有效应力原理不适用于Mohr-Coulomb抗剪强度公式,而Bishop的非饱和土有效应力公式中参数测定周期很长,技术还不是很成熟,目前在实际工程中应用还不现实。如何基于目前常规的测试方法,合理地确定边坡抗剪强度参数,是值得研究的问题。本文对局部发生滑坡的山西吉家塬黄土路堑51.6m高边坡,采用Bishop法反演边坡c、值; 取边坡上的黄土样,测了不同含水率试样的直接快剪强度参数。将试验结果与反演结果对比发现,含水量在接近土样塑限时的直接快剪试验结果与反演结果较为接近。塑限是土的一个状态界限指标,即固态到塑态含水量的界限值。土由固态进入塑态,土强度显著降低,此时最容易发生变形破坏,这符合土体稠度状态和强度变化的本质。因此建议在黄土边坡设计中,一般可取塑限含水量下的直接快剪强度指标作为边坡稳定性评价的指标。     

厚层非饱和黄土中优势流和活塞流的讨论

厚层黄土中包气带水的运动方式一直存在争议。一种认为是活塞流,另一种认为是优势流,也有人认为两者并存。本文通过现场观测和两个模型试验,揭示活塞流是包气带中水分的特有的运移方式;基于非饱和土的土水特征,进一步证明优势流仅存在于饱和土中。自然界的黄土多处于非饱和状态,因此活塞流是黄土包气带中水的主要运移方式,而优势流是暂态和局部的,仅出现在降雨时期的浅层饱和区,或者低洼的汇水区。黄土中的垂直节理、卸荷裂隙、动物洞穴和植物根孔等优势通道是地表汇流的排水通道,而不是地下水的补给通道。     

陇东黄土工程地质分层及其物理特性

对很厚的黄土地层,合理地进行工程地质分层是场地工程地质评价的前提。为此,本文利用甘肃陇东黄土塬顶开挖的-100 m深人工水井,沿井壁及剖面露头对黄土-古土壤地层序列进行了详细编录,通过与标准剖面对比,确定了其磁性地层、岩性地层及时代地层单位。在井壁及剖面露头上按0.5 m间距采样,室内测定了其颗粒成分及基本物理性质指标,对这些指标随深度的变化规律进行了分析,将整个黄土地层划分为16个工程地质层。同一时代的黄土地层在同一沉积单元内的性质相对均一,因此整个黄土高原地区可参考该方案进行工程地质分层。     

黄土抗剪强度参数的反演分析及其空间变化规律

根据已有研究将黄土高原按地貌及土的性质分为8个区,在各区现场识别出极限状态边坡,共测得510个极限状态黄土边坡断面,分区建立坡高与坡宽的拟合方程。取极限状态边坡的稳定系数Fs=1.0,基于拟合方程给出的坡高和坡度,用Morgenstern-Price法逐级反演获得各区20~120 m坡高的综合c、φ值。结果表明,随着边坡高度增加,c值线性增高,φ值非线性减小,并基于三轴试验结果揭示了该现象的本质是强度参数随应力变化的体现。不同高度边坡的反演结果都表明,黄土高原自西向东,自北而南,c值增大,φ值减小,这一变化规律与其成分及物理性质反映的特点一致。     

西安地裂缝活动趋势分析

西安地裂缝的形成及活动主要受构造活动及人类活动因素影响, 而近来地裂缝的超常活动主要与过量抽取地下水引起的地面不均匀沉降有关。根据对抽水及地面荷载引起地层压密固结过程的分析、地下水位变化趋势的分析以及应用 Ver-hulst模型计算、预测结果, 西安地裂缝的强烈活动将有减缓或逐渐稳定的趋势。有关地裂缝活动的最新实际监测数据已显示出一些相应的征兆。     

水致黄土深层滑坡灾变机理

在黄土地区,雨后观测和人工降雨试验均表明地表水在黄土中的入渗深度有限,并不影响黄土深部的含水率。因此水分入渗是否直接造成斜坡深层滑移颇受争议。本文通过黄土地区自然降雨条件下的现场观测,发现地表水在黄土中的入渗沿垂直剖面可以划分为3个带:即活动带,稳定带和饱和带。活动带受大气降雨和蒸发的影响,为瞬态流,向下则转化为稳定流;稳定带含水率不变,但仍有稳定的水分运移至地下水位。地下水以下降泉的形式排泄。在入渗和排泄条件长期不变的情况下,地下水位可维持动态平衡。若地表入渗量加大,如灌溉或管道漏水等,稳定带含水率升高,并伴随地下水位抬升,以达到新的平衡,此水文动态转化过程会诱发滑坡。以延炼滑坡为例,分析了长期地表水间歇性滴渗条件下,边坡的水力动态变化过程,及其对边坡稳定性的影响。观测及分析结果表明,黄土深层滑坡主要与地表水入渗导致的地下水位抬升有关,由于其过程缓慢,容易被忽视而致灾。