【摘要】：潰散性失穩(wěn)破壞是指由松散顆粒材料構(gòu)成的堆積體在底部飽水條件下整體突發(fā)性啟動(dòng)和流態(tài)狀運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象,此種破壞方式容易發(fā)生在黃土地區(qū)、松散碎屑堆積區(qū)、風(fēng)化砂發(fā)育區(qū)以及露天開采的棄渣堆積區(qū)。由于該類破壞發(fā)生突然,且破壞前無(wú)明顯的征兆,往往造成災(zāi)難性的后果。目前,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)潰散性失穩(wěn)破壞展開了大量的研究工作并取得了一些成果,但對(duì)于潰散性失穩(wěn)破壞的形成條件和成因機(jī)理研究較少,缺乏統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)和理解。本文以粗顆粒土堆積體為研究對(duì)象,首先通過(guò)室內(nèi)土工試驗(yàn)獲取試驗(yàn)土體的基本物理性質(zhì);然后以粗顆粒土體中的細(xì)粒含量、土體的密實(shí)度和坡體模型尺寸作為控制變量進(jìn)行室內(nèi)水槽試驗(yàn),通過(guò)試驗(yàn)現(xiàn)象和各類傳感器數(shù)據(jù)確定粗顆粒土潰散性失穩(wěn)破壞的形成條件和成因機(jī)制;最后研究各控制變量對(duì)粗顆粒土潰散性失穩(wěn)破壞的影響。主要研究成果如下:(1)通過(guò)室內(nèi)土工試驗(yàn)獲取了粗顆粒土堆積體的基本物理性質(zhì)。對(duì)粗顆粒土進(jìn)行滲透試驗(yàn)、擊實(shí)試驗(yàn)和沉降性分析發(fā)現(xiàn):粗顆粒土堆積體的滲透系數(shù)隨著土體中細(xì)粒含量以及土體密實(shí)度的增加而減小;其最大干密度隨著土體中細(xì)粒含量的增加表現(xiàn)出先增大后減小的規(guī)律;其沉降值隨著土體中細(xì)顆粒含量的增高而增大,隨著土體密實(shí)度的增大而減小。(2)確定了粗顆粒土潰散性失穩(wěn)破壞的形成條件。粗顆粒土室內(nèi)水槽試驗(yàn)結(jié)果表明:只有當(dāng)土體中的細(xì)粒含量在一定范圍內(nèi)(27%~36%),土體處于相對(duì)松散狀態(tài)(27%細(xì)粒含量下D_r≤0.3、36%細(xì)粒含量下D_r≤0.4),粗顆粒土?xí)l(fā)生潰散性失穩(wěn)破壞。當(dāng)土體中的細(xì)粒含量小于27%,土體處于松散狀態(tài)時(shí),坡體表面的土顆粒會(huì)發(fā)生滾落;隨著土體密實(shí)度的增加,后緣匯水高度達(dá)到閾值30cm時(shí)坡體仍不發(fā)生破壞。當(dāng)土體中的細(xì)粒含量處于27%~36%,且相對(duì)密實(shí)度D_r0.4時(shí),坡體會(huì)發(fā)生滲流淘蝕破壞。當(dāng)土體中細(xì)粒含量為45%,無(wú)論土體密實(shí)度條件如何,坡體會(huì)發(fā)生局部崩滑破壞。(3)分析了粗顆粒土潰散性失穩(wěn)破壞的變形破壞過(guò)程。粗顆粒土潰散性失穩(wěn)破壞的全過(guò)程可描述為:在水流入滲到坡體的過(guò)程中,滲透面以下的土體逐漸飽和,孔隙水壓力上升,當(dāng)土體達(dá)到飽和后,孔隙水壓力基本保持穩(wěn)定;坡體模型破壞前,盡管無(wú)位移產(chǎn)生,但坡體前緣的孔隙水壓力激增并且在內(nèi)部產(chǎn)生了明顯的震動(dòng);隨后坡體在短時(shí)間內(nèi)整體滑下,震動(dòng)信號(hào)達(dá)到最強(qiáng),內(nèi)部位移不斷增大。坡體滑動(dòng)結(jié)束后,孔隙水壓力下降,微震信號(hào)降為0,坡體內(nèi)部位移達(dá)到最值。(4)分析了粗顆粒土潰散性失穩(wěn)破壞的成因機(jī)制。坡體前緣的孔隙水壓力激增是導(dǎo)致粗顆粒土潰散性失穩(wěn)破壞的原因,通過(guò)分析得知,導(dǎo)致坡體前緣孔隙水壓力激增的原因有兩個(gè):一是由于飽水帶中的部分細(xì)顆粒經(jīng)粗顆粒之間的孔隙通道流出坡體,坡體產(chǎn)生沉降并且壓縮孔隙通道,細(xì)顆粒隨水流運(yùn)移到坡體前緣發(fā)生聚集、堵塞,傳感器信號(hào)表現(xiàn)為孔壓增加先于微震震動(dòng)。二是由于飽水帶中的部分細(xì)顆粒經(jīng)粗顆粒之間的孔隙通道流出坡體,隨著坡體內(nèi)部孔隙的增大,坡體前緣內(nèi)部垮塌使得孔隙水體積被劇烈壓縮,傳感器信號(hào)表現(xiàn)為微震震動(dòng)先于孔壓增加;(5)分析了粗顆粒土潰散性失穩(wěn)破壞的影響因素。通過(guò)對(duì)比坡體發(fā)生潰散性失穩(wěn)破壞的啟動(dòng)時(shí)間、滑動(dòng)時(shí)間以及孔隙水壓力、微震加速度和內(nèi)部位移數(shù)據(jù),研究土體中的細(xì)粒含量、土體相對(duì)密實(shí)度以及坡體模型尺寸對(duì)粗顆粒土潰散性失穩(wěn)破壞的影響。研究結(jié)果表明:隨著土體密實(shí)度的增大,土體內(nèi)部侵蝕變?nèi)?坡體破壞的啟動(dòng)時(shí)間變長(zhǎng),滑動(dòng)時(shí)間變長(zhǎng),前緣孔壓激增值先減小后增大,土體的滑動(dòng)距離增大,前緣的震動(dòng)增強(qiáng);隨著土體中細(xì)粒含量的增加,坡體破壞的啟動(dòng)時(shí)間變長(zhǎng),滑動(dòng)時(shí)間變長(zhǎng),前緣孔壓激增值增大,土體的滑動(dòng)距離增大,前緣的震動(dòng)減弱;縮小坡體模型的寬度,坡體的啟動(dòng)時(shí)間變長(zhǎng),滑動(dòng)時(shí)間變化不大,土體的滑動(dòng)距離增大,破壞時(shí)的震動(dòng)增強(qiáng)。(6)分析了粗顆粒土潰散性失穩(wěn)破壞的影響因素對(duì)臨界水位高度的影響。用臨界水位高度比Q來(lái)衡量不同影響因素下粗顆粒土潰散性失穩(wěn)破壞臨界水位高度的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明:隨著土體密實(shí)度的增大,不同細(xì)粒含量和模型尺寸的坡體發(fā)生潰散性失穩(wěn)破壞時(shí)的臨界水位高度比(Q)都基本呈線性增加。27%細(xì)粒含量下、36%細(xì)粒含量下和縮小模型尺寸后的Q值擬合結(jié)果分別為:y=0.5832x+0.2231、y=0.7301x+0.0926、y=0.7739x+0.2493。同一種密實(shí)度下,增大細(xì)粒含量或縮小模型尺寸會(huì)使粗顆粒土潰散性失穩(wěn)破壞時(shí)所需的激發(fā)水位增高。
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：P642.2;TU411
【圖文】：

成都理工大學(xué)碩士學(xué)位論文（5）土體中的細(xì)粒含量、土體密實(shí)度以及坡體模型尺寸對(duì)臨界水位高度響分析。分析不同密實(shí)度下，粗顆粒土潰散性失穩(wěn)破壞后緣匯水的臨界水位高度變律，并查明土體中的細(xì)粒含量和坡體模型尺寸對(duì)臨界水位高度的影響。.3.2 技術(shù)路線

第 2 章 試驗(yàn)土體的物理性質(zhì)第 2 章 試驗(yàn)土體的物理性質(zhì)1 土體的顆粒級(jí)配分析用振篩機(jī)對(duì)試驗(yàn)土體進(jìn)行篩分，振動(dòng)篩的網(wǎng)眼尺寸分別為 30mm、20 m mm、5 mm、2 mm、1 mm、0.5 mm、0.25 mm 和 0.075 mm，振篩機(jī)篩分定為 3 分鐘，通過(guò)篩分試驗(yàn)得到天然狀態(tài)下粗顆粒土的材料級(jí)配曲線（圖 2

圖 2-1 天然狀態(tài)下試驗(yàn)用土的級(jí)配曲線細(xì)粒含量為相對(duì)值，對(duì)于不同粒徑范圍的土體，其定義也不同。本試驗(yàn)將粒土中顆粒粒徑為 2mm 以下（含）部分的顆粒稱為細(xì)顆粒。試驗(yàn)方案中的粒含量分別為 0、9%、18%、27%（天然狀態(tài)）、36%和 45%，按比例調(diào)整粒含量至設(shè)定值，6 種不同細(xì)顆粒含量土體材料的級(jí)配曲線如圖 2-2 所示。

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