發(fā)布時間：2018-03-14 07:26

  本文選題：滑帶土　切入點：殘余強度　出處：《中國地質(zhì)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：滑帶土伴隨著滑坡的孕育而形成,其工程地質(zhì)性質(zhì)對滑坡的變形發(fā)展與穩(wěn)定性至關(guān)重要。因此,有關(guān)滑帶土性質(zhì)的研究歷來是滑坡領(lǐng)域中的熱點內(nèi)容。即便如此,依然有諸多核心問題令人困擾、尚未完全掌握,尤其是滑帶土的識別問題、成因分析及其強度對水、剪切速率等關(guān)鍵因素的響應(yīng)規(guī)律等。亟需開展滑帶土的相關(guān)基礎(chǔ)性研究,為滑坡的早期識別、穩(wěn)定性評價與預(yù)測預(yù)報打下堅實的基礎(chǔ)。從區(qū)域災(zāi)害統(tǒng)計與地質(zhì)學(xué)原理的角度來看,巴東組地層是典型的易滑地層,發(fā)育于該地層的滑坡,其滑帶土形成之前一般為泥巖類夾層,通過對泥巖類夾層地質(zhì)演化的研究可揭示滑帶土孕育的地質(zhì)過程。以此為切入點,開展反復(fù)直剪試驗與微觀試驗,研究地下水主導(dǎo)下泥巖類夾層演化為滑帶土過程中物質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化及其宏觀力學(xué)的響應(yīng)規(guī)律,結(jié)合無序度理論,提出評價物質(zhì)結(jié)構(gòu)無序性的指標;利用環(huán)剪試驗,開展關(guān)鍵因素下滑帶土殘余狀態(tài)后期抗剪強度的變化規(guī)律研究;在此基礎(chǔ)上,采用對比性的微觀試驗,研究關(guān)鍵因素對剪切面處細顆粒運移特性與定向性的影響,揭示滑帶土殘余強度速率效應(yīng)的產(chǎn)生機制,并建立不同初始狀態(tài)下滑帶土殘余強度速率效應(yīng)的數(shù)學(xué)模型;最后,以典型滑坡為例,重點考慮其滑帶土殘余強度特性,利用數(shù)值模擬技術(shù)開展滑坡的變形破壞行為研究。論文主要取得如下研究結(jié)論與成果:(1)巴東組泥巖類夾層巖組在地殼表生地質(zhì)作用(以物理化學(xué)風(fēng)化作用為主)下,其物質(zhì)結(jié)構(gòu)特點與工程地質(zhì)性質(zhì)均存在向滑帶土結(jié)構(gòu)狀態(tài)演化的趨勢。在簡化自然地質(zhì)作用因素基礎(chǔ)上,試驗中單就考慮水的浸泡作用來測試該類夾層的演化特點。試驗結(jié)果顯示,泥巖類夾層的部分碎屑礦物演變?yōu)轲ね恋V物,顆粒級配也發(fā)生了輕微的變化,粒徑小的顆粒含量增加。同時,泥巖類夾層的抗剪強度指標普遍降低,峰值黏聚力、殘余黏聚力及峰值內(nèi)摩擦角均顯著地降低,殘余內(nèi)摩擦角變化較小,但整體依然呈降低趨勢。(2)提出以無序度來定量評價地下水主導(dǎo)下泥巖類夾層演化為滑帶土的過程中物質(zhì)結(jié)構(gòu)(礦物成分和顆粒級配)的變化規(guī)律。隨著浸泡時間的增加,泥巖類夾層礦物成分的無序度減小,呈先快后慢的趨勢;顆粒級配的無序度也減小,但呈先慢后快的趨勢。綜合表明,泥巖類夾層的物質(zhì)結(jié)構(gòu)與滑帶土的偏離程度減小,表現(xiàn)出向滑帶土演化的趨勢。(3)滑帶土的等效內(nèi)摩擦角隨著含水率的升高而減小;亦隨著固結(jié)度的變化而改變,當(dāng)速率較小時,固結(jié)度增加,等效內(nèi)摩擦角增大,當(dāng)速率較大時,固結(jié)度增加,等效內(nèi)摩擦角先增大后減小。不同初始狀態(tài)下滑帶土的殘余強度對剪切速率變化具有不同類型和程度的響應(yīng)。完全固結(jié)狀態(tài)下,滑帶土的等效內(nèi)摩擦角與剪切速率呈負相關(guān);而未完全固結(jié)的滑帶土等效內(nèi)摩擦角與剪切速率呈正相關(guān)。(4)提出顆粒運移指標M以定量評價剪切面處細顆粒的運移程度。其中,顆粒豎直方向運移指標M隨著含水率的升高而線性增大;隨著固結(jié)度的升高而線性減小;隨著剪切速率的增加而對數(shù)增大。含水率和剪切速率的增加有利于剪切面處土顆粒的定向排列,而固結(jié)度的增加不利于土顆粒的定向排列,各因素均通過改變細顆粒的含量和吸附水膜的厚度等物理性質(zhì)來控制顆粒的定向程度。(5)滑帶土殘余強度的速率效應(yīng)可表示為φ_e=A ln(v)+B,其中,系數(shù)A和B是具有一定物理意義的指標,速率效應(yīng)系數(shù)A反映殘余強度速率效應(yīng)的類型與響應(yīng)程度,當(dāng)A0時,滑帶土殘余強度呈正速率效應(yīng);A=0時,呈無速率效應(yīng);A0時,呈負速率效應(yīng)。細顆粒含量和吸附水膜厚度的改變是產(chǎn)生滑帶土殘余強度速率效應(yīng)的主要原因。(6)滑帶土的初始狀態(tài)對殘余強度的速率效應(yīng)指標具有重要的影響,且隨著土體塑性指數(shù)的增加,速率效應(yīng)系數(shù)A的絕對值呈對數(shù)增大,而系數(shù)B呈對數(shù)減小。據(jù)此,建立了不同含水率與固結(jié)度下滑帶土殘余強度速率效應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。同時,滑帶土殘余強度速率效應(yīng)類型與滑坡的變形破壞行為具有一定的對應(yīng)關(guān)系。(7)滑帶土的殘余強度特性是控制滑坡變形破壞行為的內(nèi)在因素之一。降雨通過入滲等方式改變滑體和滑帶巖土體的均質(zhì)性,為滑帶土殘余強度特性的發(fā)揮并控制滑坡的變形破壞行為提供基礎(chǔ)。根據(jù)滑帶土殘余強度的速率效應(yīng)類型,其對滑坡的變形破壞行為既可能發(fā)揮著“助推”效應(yīng),亦可能發(fā)揮著“剎車”效應(yīng)。本文主要創(chuàng)新成果有:(1)巴東組泥巖類夾層巖組在地殼表生地質(zhì)作用(以物理化學(xué)風(fēng)化作用為主)下,其物質(zhì)結(jié)構(gòu)特點與工程地質(zhì)性質(zhì)均存在向滑帶土結(jié)構(gòu)狀態(tài)演化的趨勢。在簡化自然地質(zhì)作用因素基礎(chǔ)上,試驗中單就考慮水的浸泡作用來測試該類泥巖類夾層的演化特點。結(jié)果表明,隨著浸泡時間的增加,泥巖類夾層的物質(zhì)結(jié)構(gòu)與滑帶土的偏離程度減小,向滑帶土結(jié)構(gòu)狀態(tài)演化趨勢明顯。引入無序度理論定量評價其演化為滑帶土過程中的物質(zhì)結(jié)構(gòu)(礦物成分和顆粒級配)變化規(guī)律。后續(xù)試驗揭示該類巖組物質(zhì)結(jié)構(gòu)的無序度與其抗剪強度指標間存在強關(guān)聯(lián)性,據(jù)此可開展該類巖組的抗剪強度預(yù)測。(2)提出滑帶土殘余強度的速率效應(yīng)公式:φ_e=A ln(v)+B,其中,系數(shù)A和B是具有一定物理意義的指標,皆與土體的塑性指數(shù)呈對數(shù)關(guān)系。速率效應(yīng)系數(shù)A反映殘余強度速率效應(yīng)的類型與響應(yīng)程度,當(dāng)A0時,滑帶土殘余強度呈正速率效應(yīng);A=0時,呈無速率效應(yīng);A0時,呈負速率效應(yīng)。細顆粒含量和吸附水膜厚度的改變是產(chǎn)生滑帶土殘余強度速率效應(yīng)的主要原因,建立了不同初始狀態(tài)下滑帶土殘余強度速率效應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,以豐富滑帶土的抗剪強度理論。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P642.22

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本文編號：1610190