渗流作用下花岗岩二元结构边坡粘粒迁移-集聚过程的试验研究

作     者：徐陈灵 

作者单位：福州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王浩

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 080104[工学-工程力学] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主      题：花岗岩边坡 差异风化界面 粘粒迁移 粘粒集聚 模型试验 

摘      要：花岗岩在福建分布广泛且表现出显著的不均匀风化现象,在长期的降雨淋溶环境下,深厚的花岗岩风化壳会产生强烈的内部侵蚀,当上部风化土体中的细小粘粒在大孔隙的粗粒土架空结构中迁移运动至差异风化界面时,容易产生粘粒集聚而产生低强度的粘滞层,对花岗岩二元结构边坡的破坏模式及稳定性具有重要的影响。本文聚焦花岗岩二元结构边坡中的粘粒迁移-集聚现象,通过工程地质调查、室内土工试验和物理模型试验等多种手段,发现了花岗岩风化壳中粘粒迁移运动的特征与规律,重现了花岗岩差异风化界面软弱带的形成过程与演化机制,揭示了开挖卸荷、坡顶加载和降雨入渗条件下触发花岗岩二元结构边坡变形破坏的作用机制。主要研究工作及成果有:(1)调查分析了福建花岗岩风化壳的风化与侵蚀特征,发现在花岗岩二元结构边坡中普遍存在明显的粘粒迁移-集聚现象,主要体现在花岗岩风化壳地表侵蚀的粘粒迁移现象、花岗岩风化壳残存节理通道的粘粒迁移-集聚现象和花岗岩风化壳差异风化界面的粘粒迁移-集聚现象,形成渗透性突变和诱发边坡变形破坏的软弱带,对二元结构边坡的稳定性产生重要的影响。(2)开展了花岗岩风化土体粘粒迁移过程的模拟试验,研究发现粘粒迁移的形成受风化土体的颗粒级配和孔隙率等因素的影响,表现为砾粒和砂粒含量比例大的土样具有明显的大孔隙结构,在地下水渗流过程中更易形成连通的优势渗流通道,导致细小粘粒迁移运动现象活跃,从而进一步加剧了花岗岩风化土体的颗粒粗化现象和土体结构的破坏,增加了土体内部侵蚀的强度。(3)开展了降雨入渗条件下花岗岩风化壳的粘粒迁移-集聚过程的模型试验,验证了依附差异风化界面粘粒集聚形成软弱带的过程与现象。研究发现在疏松多孔的花岗岩风化土中,颗粒较细的粘粒随着渗透水流在粗颗粒孔隙中迁移运动至差异风化界面时速度明显减缓,并依附差异风化界面集聚形成低强度的泥膜,放大到工程尺度即表现为粘粒含量较高而强度较低的软弱带,控制二元结构边坡的变形破坏模式与稳定性。(4)开展了花岗岩二元结构边坡失稳演化过程的模型试验,研究开挖卸荷、坡顶加载和降雨入渗等三个条件对花岗岩二元结构边坡失稳演化的影响。研究发现邻近坡顶线降雨条件下边坡容易产生坡面冲蚀破坏,远离坡顶线降雨条件下边坡容易沿基岩面产生折线型滑塌,远离坡顶线降雨及坡顶加载条件下边坡容易产生局部坡体滑塌破坏。