黄土水敏特性及其灾变机制研究.docx

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1、黄土水敏特性及其灾变机制研究黄土高原地处北半球干旱-半干旱气候区,农业是该区域内劳动人民赖以生存的基础,恶劣的气候条件与日益发展的社会经济之间的矛盾使得引水灌溉得以广泛推行。由灌溉引发的黄土地质灾害具有高频、群发、灾难性等特点,从而危胁人民生命财产安全,水致黄土地质灾害产生的原因无外乎与黄土遇水软化的水敏力学行为有关。本文选题依托国家重点基础研究发展计划项目“黄土重大灾害及灾害链的发生、演化机制与防控理论”,选择位于黄土高原南部的陕西省泾阳县泾河右岸黄土塬为研究区,以该地区离石黄土为研究对象,通过野外调查

2、、控制初始含水量变化的土工试验和微观结构试验,从宏观、细观、微观不同尺度研究了离石黄土水敏特性和灾变机理,提出离石黄土水敏程度的量化参数及灾变的评价体系;在此基础上,构建了泾阳南塬黄土边坡的地质力学模型,揭示了黄土水敏性在黄土边坡滑移中产生的灾变效应,为综合评价黄土水敏性灾变的研究提供了行之有效的思路。本文的主要研究成果如下:(1)泾阳南塬独特的工程地质环境为滑坡灾害的孕育和发展提供了良好的条件。其中不合理的引水灌溉是本区黄土滑坡发生的一种重要的外动力因素,高陡的边坡及单面临空的地形特点为滑坡的发生提供了

3、地质基础,而具有结构脆弱性的深厚黄土层及其与水之间的耦合作用则是斜坡失稳的根本原因。(2)结构性是黄土产生水敏性的主要原因。借助屈服应力可以将具有水敏性的黄土力学响应曲线簇归一化成为一条曲线,结合天然沉积黄土的微结构分析,结构性黄土可以概化成为架空刚性体(r)与镶嵌摩擦体并联(f)的地质模型,r-f模型中储存着一定的结构势,具有水敏性的黄土可采用一系列串联的r-f模型表示其具有的结构势,土体储存的结构势越大,水敏性越强。(3)黄土力学响应对水的敏感程度可以采用水敏指数I_w进行量化。水敏指数为黄土增湿至饱

4、和时强度的下降程度,其大小受土体中黏粒含量与胶结丰度影响;黄土水敏特性造成的工程灾变包括湿陷、湿剪与触变液化,引入水敏指数与湿陷系数、湿剪变形系数、孔压比联系,建立黄土湿陷、湿剪与触变液化的水敏性灾变评价体系。(4)构建黄土边坡地质力学模型并划分均质黄土剪切不稳定区,从水敏特性的角度概括水致黄土边坡滑移机制及发生位置为黄土湿陷对台塬顶部产生拉裂效应,黄土湿剪造成斜坡深部基座软化,黄土触变液化启动高速远程滑移效应。(5)灌溉在泾阳南塬诱发的黄土滑坡种类包括滑动型与流滑型两种。研究区内滑动型黄土滑坡具有低速近

5、程的运动特征,其灾害演化发展过程为水敏性黄土湿剪-斜坡失稳-非饱和黄土滑体剪硬-滑体停止运动;流滑型黄土滑坡具有高速远程的运动特征,滑坡的运动演化过程为静态液化-锁固段剪出-触变液化-高速远程滑动。(6)(7)(8)