十天高速汉中西段公路沿线滑坡分布特征及破坏机理研究

【摘要】本文以十天高速汉中西段沿线分布的膨胀土滑坡和碎石土滑坡为研究对象,结合室内物理力学特性试验、现场变形监测试验,运用定量演化、模糊数学、因素敏感性分析以及数值模拟等多种技术方法,对公路沿线滑坡的分布特征、干湿循环作用下膨胀土滑坡变形破坏机理以及降雨作用下碎石土滑坡变形破坏机理进行分析研究。主要取得以下结论：1、通过对汉中西高速公路沿线滑坡灾害的分布特征进行分析,结果表明：影响滑坡灾害分布的主要因素有斜坡坡度、滑坡所在斜坡位置、地质构造以及地层岩性等,滑坡灾害主要诱发因素为降雨、人类工程活动。根据对沿线某碎石土滑坡运动特征的分析,笔者在现有滑坡运动特征分类的基础之上,提出一种适用于高速公路沿线碎石土滑坡的复合运动模式：碎石土滑坡在运动过程中表现出中前期以牵引式运动为主,后期以推移式运动为主的复合运动特征。2、结合膨胀土膨胀力试验以及不同干湿循环次数下的抗剪强度试验,利用Fredlund强度理论建立了适用于汉中北部地区膨胀土的抗剪强度公式及抗剪强度衰减公式；并且利用吸附强度理论公式对试验结果进行了拟合,计算出汉中北部地区膨胀土的膨胀力有效系数。3、通过膨胀土路堑边坡干湿循环试验和现场变形监测试验,笔者首次利用熵的原理解释了干湿循环作用下膨胀土滑坡的发育机理,即：膨胀土路堑边坡开挖之后,由于其原始的平衡状态发生变化,受干湿循环影响,膨胀土的胀缩性和裂隙性开始发挥重要作用,土体结构和物质成分发生复杂的物理化学变化,这一系列的变化使得输入整个膨胀土系统的能量分布不均匀,整个系统有向能量密度均匀的方向变化的趋势,随着系统内部能量的不断转换,膨胀土体的结构发生破坏以减小或者抵消能量密度的相对差异；通过这样的循环,原状土体的结构破坏,宏观裂隙和微观裂隙逐渐发展,抗剪强度降低,能量密度差异有效的减小,熵值增加,达到新的平衡稳定状态,此过程即为膨胀土滑坡产生的过程。4、利用因素敏感性分析方法、层次分析法及改进的模糊信息优化处理方法对碎石土滑坡稳定性影响因素进行分析,得出以下结论：就碎石土滑坡滑动面岩土体滑体容重、粘聚力、内摩擦角以及滑动面倾角这几个因素而言,影响碎石土滑坡稳定性的因素依次为内摩擦角、滑动面倾角、滑体容重和粘聚力。5、运用坡面冲刷侵蚀作用理论及土壤优先流理论,分析降雨作用下碎石土滑坡的变形解体破坏过程,并对滑坡变形破坏的机理进行简单解释：在长时问一定强度的连续降雨或在一定持续时间的强降雨作用下,碎石土滑坡浅表层土体中的细粒土在坡面冲刷侵蚀作用下开始搬运、移动,随之逐渐产生一些坡面微裂隙和拉张裂缝,从而为降雨的入渗提供了有利的途径,随着雨水的入渗,土体中逐渐出现较明显的管状通道,到最后整个系统的优先流系统形成,最终导致碎石土滑坡滑动带岩土体的抗剪强度急剧下降,滑坡稳定性逐渐破坏,稳定性系数急剧降低,滑坡开始发生滑动直至破坏。6、通过膨胀土滑坡的稳定性数值模拟分析,结果表明：对于膨胀土路堑边坡来说,随着斜坡体在降雨～蒸发循环作用(即干湿循环)的不断影响下,地表裂隙逐渐发育,水分入渗逐渐增强,进而引起土体抗剪强度的衰减,这是导致膨胀土边坡失稳变形破坏的主要影响因素。7、通过分析分离式预应力锚索桩板墙的结构特点,选择有限差分弹性地基梁法作为设计计算方法,并利用有限元数值模拟进行验证,证明分离式预应力锚索桩板墙在碎石土滑坡治理中的适用性,并且取得了一定的设计和使用经验,为今后的山区高速公路设计提供了更为广阔的设计思路。
【作者】任权；
【导师】王家鼎；
【作者基本信息】西北大学，地质工程，2014，博士
【关键词】膨胀土滑坡；碎石土滑坡；干湿循环；变形破坏机理；数值模拟；

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