本文關(guān)鍵詞：地震和降雨耦合作用下黃土邊坡失穩(wěn)的大型振動臺試驗研究

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【摘要】：黃土是一種多孔隙、弱膠結(jié)的特殊土。工程性質(zhì)極差,具有水敏性和動力易損性,當(dāng)遇水浸濕或者遭遇中強地震作用時便會誘發(fā)嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害或工程病害。在地震和降雨耦合作用下,如果誘發(fā)滑坡等地質(zhì)災(zāi)害,造成的危害性將會更大。近年來,隨著黃土高原地區(qū)社會經(jīng)濟的高速發(fā)展,人們對地震安全的需求也日益增長,這種對地震安全的內(nèi)在需求和多場耦合作用誘發(fā)邊坡失穩(wěn)的現(xiàn)實可能性,充分表明了開展地震和降雨耦合作用下黃土邊坡失穩(wěn)研究的必要性。本文以低角度黃土邊坡為研究對象,以振動臺為主要研究手段,開展了地震和降雨耦合作用下黃土邊坡失穩(wěn)研究。首先選取蘭州新區(qū)某一天然原狀黃土邊坡進(jìn)行了野外人工降雨滲透試驗,研究降水滲透規(guī)律及邊坡不同部位土體強度變化規(guī)律,并以該試驗結(jié)果為依據(jù),開展振動臺模型試驗研究。本文設(shè)計并實施了天然黃土邊坡以及震前降雨、震后降雨等地震和降雨不同耦合情況下的邊坡模型試驗。分析了不同條件下黃土邊坡模型自振特性、動力響應(yīng)規(guī)律以及變形演化與失穩(wěn)破壞過程的差異性。通過振動臺試驗確定黃土邊坡在地震和降雨耦合作用下的失穩(wěn)判據(jù),提出了地震和降雨耦合作用下低角度黃土邊坡穩(wěn)定性與失穩(wěn)危害性預(yù)測評價模型,并對地震和降雨耦合作用下黃土邊坡的失穩(wěn)破壞機理進(jìn)行了探討。本文主要結(jié)論與創(chuàng)新點如下:1.通過自主研制的人工降雨設(shè)備,實施了野外人工降雨滲透試驗。試驗結(jié)果顯示,黃土邊坡在無特殊下滲通道的情況下,降雨滲透的范圍有限。滲透前鋒深度范圍以內(nèi)的土體飽和度在30%~70%之間變化,很少超過70%。滲透深度越深,對應(yīng)的上部土體飽和度也越大。由于降雨后邊坡不同部位土體飽和度的差異性,抗剪強度也會出現(xiàn)很大變化,降雨滲透前鋒以上10cm至邊坡表面,土體強度降低較多,平均降低約42%。前鋒以上10cm范圍,土體強度降低較少。前鋒以下,土體強度逐漸恢復(fù)到天然狀態(tài)。2.黃土邊坡在不同降雨條件下,由于表層土體重度、抗剪強度的變化使其動力穩(wěn)定性發(fā)生很大改變。若遭受地震作用,失穩(wěn)臨界加速度與破壞形式就會有很大差異性。通過振動臺試驗,直觀驗證了黃土邊坡在地震和降雨不同耦合情況下的臨界失穩(wěn)加速度與宏觀破壞形式。天然狀態(tài)下(降雨量為0,低含水量)其臨界失穩(wěn)加速度為1000gal,主要破壞形式為坡肩拉裂破壞。當(dāng)降雨量達(dá)到一定程度,如10mm時,其地震失穩(wěn)的臨界加速度就會迅速降低,700gal就會出現(xiàn)邊坡上部失穩(wěn)破壞,坡頂震陷為主要破壞形式。隨著降雨量的增加,地震失穩(wěn)的臨界加速度逐漸降低,當(dāng)降雨量達(dá)到100mm時,600gal地震動作用就會出現(xiàn)黃土液化滑移現(xiàn)象。3.中強地震作用后的低角度天然黃土邊坡,坡體中上部位會出現(xiàn)數(shù)條小型裂隙。在降雨初期,原裂隙規(guī)模隨降雨量的增加快速擴展,裂隙數(shù)量快速增多。但隨著降雨量的持續(xù)增加,雨水對邊坡土體的侵蝕速率加快,當(dāng)有地表徑流產(chǎn)生時,地表徑流所攜帶的黃土泥沙又對裂隙起到充填“焊接”作用。這說明中強地震作用后,如果僅在邊坡表面產(chǎn)生小型裂縫,正常降雨條件下低角度黃土邊坡發(fā)生滑坡的可能性很小,震后黃土邊坡在雨水作用下裂隙逐步愈合,穩(wěn)定性逐漸恢復(fù)。4.不同降雨條件下,黃土邊坡地震失穩(wěn)破壞機理不同。對于低含水量天然黃土邊坡,土體抗剪強度相對較高,其失穩(wěn)破壞機理是多種力場的疊加作用使得邊坡中上部土體產(chǎn)生拉裂失穩(wěn)破壞。對于小降雨后的黃土邊坡,表層一定范圍內(nèi)土體飽和度增大而力學(xué)性能降低,失穩(wěn)機理是強烈地震作用下微結(jié)構(gòu)破壞而出現(xiàn)黃土震陷。對于長持時、大降雨后的黃土邊坡,地震作用下的孔隙微結(jié)構(gòu)崩解、黃土液化滑移是其基本失穩(wěn)破壞機理。5.基于振動臺試驗結(jié)果,提出了地震和降雨耦合作用下黃土邊坡穩(wěn)定性與失穩(wěn)危害性預(yù)測評價模型。
【關(guān)鍵詞】：降雨滲透 黃土邊坡 耦合 振動臺 穩(wěn)定性 失穩(wěn)機理
【學(xué)位授予單位】：中國地震局蘭州地震研究所
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P315.9;TU435
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 第一章 引言10-18
• 1.1 研究背景及意義10-12
• 1.2 研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3 研究內(nèi)容15
• 1.4 研究方法與技術(shù)路線15-18
• 第二章 降雨條件下黃土邊坡土體強度變化18-32
• 2.1 試驗場地勘選18
• 2.2 場地土體基本物理性質(zhì)18-24
• 2.3 野外人工降雨滲透試驗24-28
• 2.4 降雨條件下黃土邊坡土體強度變化28-31
• 2.5 小結(jié)31-32
• 第三章 地震和降雨耦合作用下的黃土邊坡振動臺試驗研究32-68
• 3.1 振動臺模型試驗方案設(shè)計32-41
• 3.2 主要數(shù)據(jù)分析處理方法41-43
• 3.3 震前降雨黃土邊坡模型不同降雨條件下振動臺試驗結(jié)果分析43-66
• 3.4 小結(jié)66-68
• 第四章 地震和降雨耦合作用下的黃土邊坡穩(wěn)定性分析68-77
• 4.1 震前降雨邊坡模型振動臺試驗失穩(wěn)判據(jù)68-69
• 4.2 地震和降雨耦合作用下的黃土邊坡穩(wěn)定性預(yù)測模型69-71
• 4.3 震后降雨邊坡模型的變形演化與穩(wěn)定性分析71-73
• 4.4 關(guān)于地震和降雨耦合誘發(fā)黃土滑坡機理的探討73-77
• 第五章 結(jié)論與展望77-80
• 5.1 結(jié)論77-78
• 5.2 展望78-80
• 參考文獻(xiàn)80-87
• 致謝87-88
• 作者簡介88

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本文編號：531648