含碎石粉质黏土蠕变对桥头北滑坡格构梁变形破坏的影响机制

作     者：刘庚 

作者单位：合肥工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张振华;杨毅

授予年度：2020年

学科分类：081803[工学-地质工程] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 

主      题：含碎石粉质黏土 蠕变 格构梁 变形破坏 数值模拟 

摘      要：桥头北滑坡上层堆积体含碎石粉质黏土处于蠕滑阶段,现场调查发现坡体上无锚杆护坡格构梁多个部位出现裂纹,甚至出现个别纵梁、横梁断裂破坏的情况。为了弄清含碎石粉质黏土蠕变对格构梁变形破坏的影响机制,本文以该滑坡上层堆积体含碎石粉质黏土为研究对象,针对传统一维压缩蠕变试验中不允许试样横向变形的不足,改进试验方法,利用改造后的高压固结仪进行了含碎石粉质黏土的压缩蠕变试验,基于该试验数据,通过回归分析选取了适合描述该含碎石粉质黏土蠕变特性的蠕变本构模型;采用FLAC3D软件对滑坡堆积体的蠕滑过程及格构梁的应力与变形过程进行模拟计算;基于上述研究成果,探讨堆积体含碎石粉质黏土蠕变引起无锚杆护坡格构梁变形破坏的内在机制。研究得到的结果如下:（1）采用加载面积小于圆柱体试样上表面的加载方式进行压缩蠕变试验能够克服传统一维压缩试验中不允许试样横向变形的不足。试验结果表明同样的荷载作用下加载面积越小,试样的最终蠕变量越大、蠕变速率越大、蠕变稳定时间越长,且荷载越大这种现象越显著。本文采用的尺寸为220mm×300mm的含碎石粉质黏土原状样,在最大一级荷载250k Pa的荷载作用下,加载面直径为150mm的试样最终蠕变量较直径70mm减小39%,蠕变稳定时间减少24h;而加载面直径为100mm与70mm的试验结果基本相同,说明加载面直径为70mm能够很大程度地降低侧壁对试样横向变形的限制。因此,对于直径为220mm的原状土样,采用70mm直径加载面的试验数据更加准确。（2）含碎石粉质黏土在50～250k Pa荷载的作用下具有明显的衰减蠕变特性,并未进入等速蠕变阶段。采用最小二乘法对蠕变试验曲线进行拟合,广义Kelvin模型和Burgers模型都能较近似地表达土体的蠕变规律,且相关系数均大于0.95,但由于Burgers模型不能准确描述试样加载末期蠕变速率趋于零的变形特点,因此选取广义Kelvin模型能更好的描述本文研究对象含碎石粉质黏土的蠕变特性。（3）数值模拟结果显示,在堆积体蠕变单一因素影响下,蠕变时间到90天时,坡顶第一排横梁与纵梁连接处出现了2.2MPa的拉应力;在堆积体蠕变和雨水淘蚀横梁下方土体这两种因素影响下,蠕变时间到60天时,坡顶第一排横梁与纵梁连接处出现1.8MPa的拉应力。这说明堆积体蠕变足以使格构梁内部产生超出C25混凝土抗拉强度的拉应力,而雨水淘蚀会加速格构梁的破坏。（4）对桥头北滑坡坡面防护采用的无锚杆正方形框格结构的格构梁来说,在滑坡上层堆积体蠕滑过程中,格构横梁承受上方土体推力,并传递给纵梁,纵梁是受压构件,其变形较小,因此横梁两端可以近似地当作固定约束,其受力状态与受竖直向下均布荷载且两端固定约束的超静定梁类似。随着堆积体蠕变变形的增加,横梁上方土体推力会不断增加,并在横梁两端及中央引起较大的弯矩,导致横梁与纵梁连接处以及横梁中央位置会产生超过混凝土抗拉强度的拉应力,进而产生拉裂破坏。由于雨水淘蚀横梁下方土体会导致横梁失去下方土体的支持力,使得横梁在同样大小的上方土体推力作用下变形更大,更易发生破坏。