[01312736]复杂荷载作用下滑坡滑带土的大剪切力学特性研究

本项研究以土的力学特性研究为出发点,以现代岩土力学和工程地质学理论为指导,采用理论与实践相结合的方法,以大型环剪试验为手段并结合理论分析,针对具有复杂性质且与实际地质灾害问题密切相关的滑坡滑带土展开研究。通过综合考虑与滑坡灾害有关的主要影响因素,系统研究静动荷载作用下滑带土在大剪切条件下变形破坏的演化过程、力学参数的变化特点和规律,以及水和土结构的变化规律,揭示滑带土滑带土的动力学特性及其变形破坏的模式和机理。进而针对典型滑坡灾害,研究能够反映地域地质条件和特征的滑坡活动机制,在推进现代滑坡研究理论和技术发展的同时为解决实际工程问题提供理论依据。 在试验研究中开发研制了适于环剪试验的试样制备和试验方法。包括原状样现场采集方法和技术,人工合成试样制备技术,环剪试样的反压饱和以及脱气水水位差循环渗流等制样方法,以及用于量测环剪试验过程中土体内部不同部位和深度孔隙水压力的“探针式土体孔隙水压力测量计”（专利号：ZL2009200290225）。此外为了对环剪试验过程中土体内部结构和孔隙水变化情况进行可视化研究,建立适于环剪试验的数字图像量测系统（该系统包括激光源、体式显微镜、高速数码摄像设备、帧存储器和计算机等）。通过不同剪切条件下的环剪试验并利用细观数字图像技术（包括层析和图像序列对比）对剪切过程中土细观参数的演化进行量测。通过上述人工合成岩土材料的制备并结合数字图像分析技术,实现了对试样内部相关变化情况的可视化观测,为进一步研究天然岩土力学特性和进行数值模拟分析等提供研究数据和依据。 在上述开发的试样制备技术和孔隙水观测技术的基础上,利用能够模拟复杂应力路径的大型环剪试验机,结合中化泉州石化项目等勘察项目,通过对土样前期固结历史、剪切速度等试验条件的设定,系统研究了不同物理状态和受力条件下粘性土在高速大剪切条件下的变形与强度变化特点、规律和模式,及其在大剪切过程中的结构变化、孔隙水作用和运移规律。详细考察了在大剪切位移条件下黏性土的力学变化特点,以及前期应力历史、剪切速度、孔隙水压力等对土强度的影响作用。在分析上述不同条件下环剪试验结果的基础上,发现前期固结压力对黏性土的峰值强度和残余强度有着明显的影响作用。超固结黏性土对应力历史具有很强的记忆功能, 其原始应力状态对它现有的土力学行为有很大的影响。并且剪切速率对超固结黏性土的剪切强度特性有着重要的影响。研究表明这种速度效应与剪切带形成过程中土中水土耦合作用以及颗粒定向排列等综合作用因素有关。 针对强烈地震等灾害动力因素,首次利用环剪试验机的振动加载功能进行了模拟振动力作用下的环剪试验。通过施加垂向和水平向的循环振动加载试验并结合细观数字观测手段,详细研究并揭示了动荷载作用下土变形破坏的演化过程以及力学参数的变化特点和规律,以及动荷载作用下土剪切过程中水和土结构变化的规律及其作用。在国际上首次对振动动荷载对土残余强度和剪切面结构的影响作用进行了分析研究。同时将振动试验方法应用于实际工程中对土动力学性质的分析当中。通过本项研究为进一步探讨动荷载对已经发生剪切破坏土的力学性质提供了试验途径和经验。 在试验技术和理论研究的基础上,本项研究结合实际工程项目进行了积极的应用。利用所开发的试验方法和技术,对中化泉州石化项目、鄂尔多斯市国泰化工有限公司40万吨/年甲醇项目等项目中的土体静动力学性质进行了测试和分析,为项目的顺利进行和实施提供了技术支持,取得了良好的经济和社会效益。