黄土斜坡开挖—降雨耦合作用失稳机理试验研究

作     者：申辉辉 

作者单位：西安科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王念秦;李彦斌

授予年度：2022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：黄土滑坡 开挖-降雨 耦合 模型试验 数值模拟 失稳机理 

摘      要：随着西部地区经济的迅速发展,黄土滑坡等地质灾害愈加频繁,对当地人民生命财产安全构成严重威胁。以西安“9·17灞桥滑坡为研究背景,通过资料分析、现场调查、物理、力学试验、物理模型试验、数值模拟分析等方法,构建“开挖-降雨型黄土斜坡模型,探索黄土斜坡开挖-降雨耦合作用失稳机理。主要研究结论和认识包括:(1)西安“9·17灞桥滑坡是一种黄土斜坡失稳破坏产生的严重灾害现象,除了其特殊的坡体结构、黄土组成,其灾害成因包含了长期坡脚开挖和持续两周的大气降水作用。以其为原型对黄土斜坡开挖-降雨耦合作用失稳机理进行研究,具有典型性和代表性。(2)构造黄土斜坡模型,进行大型滑坡物理模拟试验,设计三组试验S-1(坡脚开挖50cm)、S-2(坡脚开挖50cm+降雨雨强68.3mm/h)和S-3(降雨雨强68.3mm/h),主要试验结果是①S-1组坡面上方距离开挖面前缘8cm处出现一条长35cm,宽1～2mm的张裂隙,坡体基本稳定;②在S-1组基础上持续降雨至38min时,开挖面前缘开始发生局部塌滑现象,此现象断断续续一直持续到184min,且坡体呈现从前缘至后缘发生逐级塌滑的破坏特征。直到237min时,坡体发生整体滑动,滑距达60cm;③对S-3组,与S-2组同等降雨历时,坡面冲蚀严重,坡脚形成泥流,但坡体没有发生滑动。试验结果表明,黄土斜坡(缓坡)具有一定的降雨整体稳定性,而坡脚开挖与降雨的叠加耦合作用,会诱发黄土斜坡整体失稳滑动、致灾。(3)FLAC3D5.0有限元数值分析结果是①对S-1组,坡脚处剪应变增量增加较为明显,最大位移变量7.6mm,坡体稳定系数1.77,坡体处于较稳定状态;②对S-3组,坡脚处剪应变增量增加较为明显,最大位移变量1.2cm,坡体稳定系数1.23,坡体处于较稳定状态;③对S-2组,坡脚处剪应变增量增加更为明显,开挖面最大位移变量达2.8cm,坡体稳定系数0.91,坡体处于不稳定状态。模拟结果表明,开挖-降雨耦合作用对黄土斜坡稳定最为不利。(4)提出了“开挖-降雨型黄土斜坡的“拉张-饱和-剪切破坏失稳-致灾机理。