水—岩(土)化学作用对岩土体抗剪强度影响研究的回顾与展望

岩土体抗剪强度对边坡稳定性有重要影响,作为边坡失稳与否的最直接评价指标,对其研究具有重要的理论和现实意义。综述了三十多年来水-岩(土)化学作用对岩土体强度影响研究的发展过程,指出目前的研究主要集中在化学溶液对岩土体力学性质及微细观结构的影响方面,但取得的认识程度较低,尤其在水-土化学作用方面。根据现阶段研究状况,提出加强对土体抗剪强度本质的研究,深入探索内摩擦角物理本质、黏土矿物黏聚力本质及其变化机理,建立具有普适性的定量计算模型。并基于水土化学反应动力学,实现土体黏聚力预测。此外,水-岩(土)化学作用是各类地质灾害发生的内在因素,有必要在岩土体抗剪强度变化本质研究的基础上,开展抗化学风化研究,减缓强度衰减速度,以减少或延缓地质灾害的发生。     

水力性质和降雨模式对黄土边坡变形规律的影响

服役期边坡破坏很大程度上取决于降雨与边坡土体性质。为明确土体水力特性和降雨模式的具体影响程度,以陕北地区降雨特征和抗滑桩边坡实例为背景,利用ABAQUS有限元软件建立地下水位深埋坡体降雨过程的数值计算模型。分析了Van Genuchten模型参数、饱和渗透系数、降雨强度、降雨类型与降雨持时对排水不同土质边坡位移场与渗流场的影响程度。研究结果表明:VG模型参数变化对排水不良土质边坡影响更显著。排水相同坡体最终变形量随VG模型参数a、参数n与饱和渗透系数k_s的降低而增高,随降雨强度与降雨持时的增大而增高。对于强降雨时排水不良土质边坡,外界渐强型降雨类型或者土体VG模型参数a与饱和渗透系数k_s较低时易发生失稳破坏,在滑坡灾害防治工作中应给予重视。     

红层缓倾角土质滑坡发育环境、分布规律及影响因素研究*

红层在我国分布广泛,红层地层孕育大量的滑坡,其发育环境和形成机理独特。对红层缓倾角土质滑发育环境、分布规律及影响因素的研究有助于揭示滑坡的成因机理。以四川省南江县50个土质滑坡为研究对象,通过详细的现场调查和室内统计,对土质滑坡的发育、分布规律及影响因素进行了深入研究。研究结果表明:①从空间分布上看,土质滑坡分布主要沿河流、沟谷呈线状、带状分布,在南部山区零星分布,规模以小型滑坡为主;绝大部分为浅表层土质滑坡,滑坡有成群爆发的特点;②滑坡前缘高程集中分布在700~900 m范围内,坡度主要分布在20°~30°斜坡中,滑体厚度3~5 m,物质组成为粉质黏土或粉质黏土夹碎石。阶梯型斜坡上滑坡较发育,凹型、凸型、直线型斜坡上弱发育;③大部分土质滑坡沿着基岩和堆积层的交界面滑动,滑床岩性通过物理力学性质、水理性质和岩性组合三方面对滑坡产生影响。冲沟型和陡坎型临空面斜坡上滑坡最为发育;④降雨是诱发区内土质滑坡最主要的外界因素;⑤构造作用通过地形地貌间接对滑坡产生影响;"512"汶川地震使部分斜坡土体变松,产生裂缝,在降雨作用下,变形进一步加大,最后失稳。     

水溶液对砼土剪切强度力学效应的实验研究

利用室内土工直剪实验设备 ,在常温常压下 ,对不同水化学溶液、作用不同时间后的砼块进行了剪切实验 ,结果表明 :①水—砼块相互作用之力学效应包括物理和化学两方面 ,其表现为水化学作用后砼块剪切面上的剪切强度增大或减小 ;②水—砼块化学作用之剪切强度力学效应具有显著的时间效应 ;③水—砼块相互作用前后砼块剪切面上的抗剪强度及因水化学作用而导致剪切面上的抗剪强度的增量均较好地满足摩尔—库仑强度准则 ;文中最后从摩尔—库仑定律出发 ,推导并给出了水砼 (岩土体 )化学作用对砼 (岩土体 )正、负力学效应的判别公式     

水土作用研究现状与研究要点

从化学机理,化学变化对土体体质影响以及土体微观结构三方面综述了水土作用研究的现状并提出了今后的研究的要点：水土作用研究最终是要建立水化学环境变异条件下土体性质变化的定量预测模型并且解决微观结构,化学过程和人类活动的耦合问题。     

水土作用对基坑支护结构可靠度分析的影响

对土体抗剪强度指标因水土作用产生的影响进行了研究,指出变异后的土体抗剪强度c、φ值具有概率分布和隶属函数的不确知性,并简要探讨了获取水土作用下土体抗剪强度指标的试验模拟和经验公式推导两种办法。以悬臂式基坑支护结构的两种控制性失稳模式为例,分析水土作用对失稳极限状态函数的影响。针对水土作用下的抗剪强度指标概率分布和隶属函数的不确知性,基于非概率可靠度理论,探讨了适合水土作用状况下基于区间分析的基坑支护结构非概率可靠度模型,这种模型能分析基坑支护结构的稳定性,该方法计算简便易行,并能合理地考虑基坑工程的不确定因素。     

降雨作用下的土质边坡变形破坏颗粒流仿真模拟

为研究持续降雨作用下土质边坡的变形破坏模式及机理,以四川省古蔺县竹林沟滑坡为例,结合离散元PFC~(2D)虚拟双轴压缩试验对坡体微观力学参数进行标定,随后建立1∶1数值计算模型进行稳定性计算,并记录坡体运动过程中应力及位移变化的情况。研究结果表明:该滑坡在持续降雨作用下至坡内土体饱和的过程中,坡脚应力不断积累,导致坡脚发生破坏,之后向上逐级牵引,致使坡前基岩较陡区域土体优先发生滑动。中-后缘土体因前部失稳产生临空条件,随即出现二级滑动,整体表现为典型的蠕滑-拉裂破坏模式。坡体前缘破坏后应力得到部分释放,但位移不断增长;坡内应力和位移整体上从前缘到后缘均呈递减趋势。应用颗粒流PFC~(2D)以竹林沟滑坡为例对土质滑坡在持续降雨作用下的变形发展过程进行模拟研究,揭示了滑坡的发展及破坏模式,为该类滑坡的防治提供参考。     

非饱和下蜀土边坡稳定性数值分析研究

为了避免岩土体滑坡所带来的地质灾害给人民的生命财产安全造成严重危害,考虑到土体处于非饱和状态下,土质边坡的稳定性评价显得尤为重要.以南京市某下蜀土边坡工程为研究对象,根据室内试验得到土体的抗剪强度和非饱和土水土特征曲线,分析了下蜀土的强度变化情况;利用有限元分析软件ABAQUS,采用强度折减法,分析了土质边坡处于饱和状态和不饱和状态下时边坡的稳定性,采用强度折减法来模拟降雨或者水位上升的影响,发现在降雨过程中边坡的安全系数会减小,不利于边坡稳定;对比两种状态下下蜀土边坡的塑性图,发现随着土体饱和度的降低或基质吸力的增加,土坡失稳破坏的塑性区深度加深.     

剪切模量随深度呈指数函数增大地基中锚杆弹塑性分析

考虑地基土体力学性质随深度变化特性,假定土体剪切模量、弹性极限抗剪强度以及抗剪强度残余系数均随深度按指数函数增大,锚固界面采用一次跌落软化模型,基于剪切位移法推导锚固段周边土体处于弹、塑性阶段时锚杆位移、轴力、剪应力解析式,并以工程实例检验该方法及基本假设的合理性。最后,基于该方法分析锚固段周边土体剪切模量、弹性极限抗剪强度、抗剪强度残余系数随深度分布参数以及锚固段弹性模量对锚杆受力变形特性的影响。研究结果表明:土体力学性质随深度增加呈指数函数增大有利于改善锚杆工作性状,在计算中给予合理考虑,可更加真实地反映锚杆荷载传递过程。     

基于颗粒流方法的滑坡破坏机理与强度分析

滑坡变形破坏机理与强度研究是滑坡风险评估的一项关键内容。针对颗粒流方法在滑坡变形破坏力学机理分析及滑坡强度定量化研究中存在的问题,以府谷县新府山滑坡为研究对象,采用野外调查、勘察、室内实验等方法,对新府山滑坡的工程地质特征进行了分析,在此基础上基于PFC2D数值方法构建了滑坡颗粒流数值模型,模拟了滑坡从变形失稳到运动终止的动态过程,从变形特征和力学特征2方面分别论述了滑坡的变形破坏机理,并选择速度、动能、冲击力指标对滑坡冲击破坏强度的变化特征进行了分析。结果表明,新府山滑坡的变形破坏机理表现为坡脚挤压—坡中牵引—坡顶拉张的力学过程;滑坡运动特征表现为破坏的突发性与堆积的缓慢性;以速度、动能指标为表征的滑坡强度在其破坏的初始阶段最高,然后逐渐变小;以冲击力指标为表征的滑坡强度随坡脚距的增加而呈指数衰减特征。研究结果与滑坡变形破坏实际特征基本吻合,研究结论可为新府山滑坡防治提供参考,研究方法可为单体滑坡冲击破坏强度定量及对承灾体易损性定量评价研究提供借鉴。     

水-土化学作用的力学效应及机理分析

通过水 土反应物理力学效应的实验 ,探讨了水 土反应的正力学效应和负力学效应 .结果表明 ,同一种土在不同水溶液或不同的状态浸泡下 ,其水 土化学反应后的液限和塑限不同 ,并存在着正负两个方向的力学效应 :纯水或KNO3溶液使土的液塑限及塑性指数增大 ,而Ca(OH) 2 和K2 CO3溶液交替浸泡会使土的液塑限及塑性指数较大幅度的减小 .进而对水 土反应的力学效应机理进行了分析 ,认为具有力学效应的水化学反应主要有溶蚀作用、沉淀或结晶作用和阳离子交替吸附作用 3种 ,并分别对其进行了探讨 .最后认为通过水与土的化学反应可以调整土的物理力学性质 ,从而改良土质 ,防治环境地质灾害     

甘肃舟曲河那滑坡变形特征及孕灾机理

针对2018年7月甘肃省舟曲县武坪乡发生的河那滑坡,结合地质资料、卫星遥感影像以及现场调查资料等多源手段,为了探明滑坡滑动范围、发生特征以及赋存环境;通过钻探和井探结合取样的方式,在室内和现场开展相关试验,厘定滑坡区的地层特性、滑带及滑体的岩土力学性质及特征,并对滑坡孕灾机理进行深入研究。结果表明：(1)河那滑坡为堆积层推移式滑坡,具有多级、多层、长距离的变形特点;(2)滑坡滑面(带)主要为土质滑带,该滑带是现状滑动变形的主导;(3)滑坡堆积层孕灾机理归结为：首先,受频繁地震的影响,滑坡堆积体中上部变形产生较多裂缝,岩土体强度劣化,坡体开始产生蠕动。其次,在短期强降雨作用下,水岩作用使得裂缝进一步扩张,造成内部岩土体加速软化,形成软弱夹层,蠕动变形加剧。最终,坡体滑动;(4)河那滑坡具有明显应力-渗流-损伤共同作用的特点,是典型的震后降雨致灾滑坡。可见,河那滑坡的复活是多重因素在特定时空顺序作用下发生的具有复杂变形特征的多级滑坡。     

基于管土作用模型的极限滑坡位移预测

滑坡作为典型地质灾害之一，严重威胁埋地管道的安全运行。若能准确预测管道所能承受的极限滑坡位移，则可结合先进的滑坡监测技术对管道失效事故进行有效预判。有鉴于此，本文首先建立并验证了基于非线性接触的管土作用模型，之后对模型参数及边界条件设置进行了讨论，最后基于形成的模拟方法研究了应力/应变准则下极限滑坡位移预测方法。结果表明：两侧设置无限边界的非线性接触管土作用模型更适用于真实滑坡工况下管道力学响应分析，可实现土体与管道大变形及管土分离的有效模拟，并可用于基于应力及应变准则的极限滑坡位移预测。本文为山区管道的安全设计及滑坡事故的防控提供了有效的技术手段。     

重金属镉污染对土体力学特性的影响及机理分析

为了研究重金属镉(Cd)对土体力学特性的影响规律及其微观机理,开展了不同Cd含量污染土强度、渗透、剪切特性、压汞和扫描电镜试验研究。力学特性试验结果表明:重金属Cd会劣化土体力学特性;随着Cd含量的增加,土体的抗压强度、剪切强度和黏聚力显著降低;而渗透系数、内摩擦角明显增大。扫描电镜试验结果表明:Cd使土颗粒发生团聚,Cd污染土出现大的团聚体,大颗粒增多,土体表面变得比较粗糙,土颗粒之间的接触形式增多,出现点-面接触和边-面接触;且团聚体间的孔隙较大。压汞试验表明:随着Cd含量的增加,污染土中孔径大于1μm的孔隙体积明显增加。污染土的微观结构和孔隙分布的改变是Cd污染土力学特性变化的本质原因。     

水土化学作用对土体抗剪强度的影响

基于离子效应,以改良路基土体为目的,对土样、水样和粉煤灰的复合体进行室内水化学试验、土体物理力学常规试验和直剪试验,并从水化学的力学效应、水化学、指标线性回归和路基土的改良效果4个方面对土体抗剪强度的水土作用机制进行统计分析。研究结果表明:含水土体的Ca2+,HCO3-,K+和Na+等浓度对土体的原始黏结力和固有黏结力有明显的减弱效应,而NO3-和Cl-质量浓度对其影响较弱;内摩擦角随离子质量浓度的变化离散性很大;K+,Na+,Ca2+和HCO3-浓度以及总矿化度、硬度与黏结力有很好的线性相关性,然而,它们与内摩擦角的相关性较差;当粉煤灰掺入量为10%左右时,对路基土的改良有显著效应。     

固化淤泥土的力学特性试验研究

淤泥土具有高含水率,高压缩性,强度低等特点,工程建设中容易产生不均匀沉降等危险。为改善淤泥类土的力学性质,实现淤泥资源利用,选取工业矿渣为固化材料,以硅酸钠和氯化钙为激发剂,对淤泥土进行改良。通过开展无侧限抗压试验,分析矿渣、硅酸钠、氯化钙掺量和龄期变化对试样力学性能的影响。结果表明：矿渣在激发剂的作用下能显著提高淤泥土的强度,其强度随矿渣掺量近似呈线性增长的趋势。硅酸钠对矿渣的激发效果明显优于氯化钙,其临界掺量为9%;氯化钙对强度并无明显增长,甚至表现出负面效应。基于试验数据建立固化淤泥土强度预测模型,可以对固化淤泥土的无侧限抗压强度进行准确预测。研究成果为矿渣固化淤泥土的工程应用提供试验基础。     

中国寒区粗粒土力学研究现状与进展

在寒冷地区,粗粒土是路基、土石坝等工程主要填料,也在高寒山区斜坡上广泛分布。寒区高铁路基冬季冻胀病害和高海拔斜坡春季滑塌灾害等的防治与评价,均与冻融作用下粗粒土的力学特性密切相关。在查阅大量国内外文献的基础上,从本构关系、物理特性、力学性质和界面问题等方面对寒区粗粒土力学理论的研究现状进行综述,得出如下结论：通过引入不同新理论建立了考虑剪胀性、颗粒破碎性、非线性和冻融效应等粗粒土特殊性的本构模型;明确了粗粒土的基本物理性质、水理性、热物理和电学特性;基于大型直剪试验、大型三轴试验、数值模拟以及理论分析等手段深入研究了不同因素水平和应力条件下常温和冻融粗粒土的抗剪强度、变形规律以及作用机制;探讨了粗粒土-结构界面、冻-融界面的剪切力学特性及其与斜坡稳定性的关系;并且,针对目前研究现状,对寒区粗粒土力学特性研究进行展望分析。     

金泉寺滑坡破坏机理及冲击强度定量分析

为了对滑坡冲击强度进行定量预测,以勉县金泉寺滑坡为研究对象,基于颗粒流离散元方法,结合对滑坡岩土体细观参数的双轴试验标定,构建了滑坡数值模型,对滑坡的变形破坏机理及其动力学过程进行了分析,选用冲击距离、冲击速度、冲击力3个指标对滑坡的冲击强度大小进行了定量预测。研究结果表明:金泉寺滑坡坡脚和滑坡后缘首先发生变形,然后滑坡坡体中部的锁固段发生贯通,并最终表现为前拉后推的复合式破坏特征;滑坡最大冲击距离为23. 52 m,最大冲击速度为4. 10 m/s,单位宽度最大冲击力为205 kN。相关结论与利用已有研究方法分析所得结论较为一致,认为滑坡运动过程中滑体内部颗粒碰撞及摩擦耗能对滑坡冲击强度的影响不可忽略。研究方法及成果对堆积层滑坡动力学过程分析及其风险定量评估研究具有重要的参考意义。     

粗砂滑坡离心模型试验及离散元细观模拟

为了探明砂土滑坡的力学机理，采用自行研制的降雨诱发滑坡离心模型试验装置，进行粗砂滑坡离心模型试验，基于试验结果，采用改进后的离散元数值模拟程序对滑坡过程进行细观研究，从细观和非饱和角度对离心模型试验进行补充。研究结果表明：粗砂滑坡发生的细观机理为坡体中的水无法及时排出，导致土颗粒悬浮在水颗粒中，土颗粒间的接触减少甚至脱离，土颗粒间的相互作用力转化为土颗粒与水颗粒之间的作用力，土体出现流体特征，抗剪强度丧失。滑坡的发展表现为两种可能的形式：各处水颗粒施加给土颗粒的作用力与此位置土颗粒的接触力正好相等，表现为整体滑动；水颗粒施加给土颗粒的作用力等于土颗粒重力和前部土颗粒的接触力之和，表现为后部滑坡向前部发展。