泥石流源地土体力学性质的时空变化

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通常泥石流源地土体发生非均匀崩塌破坏,坡面失稳过程涉及到渗透作用、孔隙水压力涨落、强度变化和坡面崩塌等过程。影响斜坡稳定性的因素很多,其中颗粒组成是影响土体破坏的重要因子之一。因此,本文从颗粒分布的角度来系统分析土体破坏活动相关的过程与破坏特征。基于土体颗粒组成的标度分布,以Mohr-Coulomb准则:τ=c+(σ-pw)tanφ(c为粘聚力,σ为法向应力,pw孔隙水压力,φ为内摩察角)为理论基础,结合土体颗分实验、室内强度实验、渗透实验和水槽实验,系统研究了土体颗粒组成的非均匀性,标度参数对强度参数、渗透指标的影响,土体破坏特征和孔隙水压力的演化特征及土体破坏活动与孔隙水压力变化的关系。在确定c、φ的分布特征及pw的时空变化后,分析抗剪强度τ的变化特征,从而揭示泥石流源地土体坡面活动的机理。主要取得了以下主要认识与结论:  (1)天然土体的标度参数(μ,Dc)服从Weibull分布:f(x;λ,k)=k/λ(x/λ)k-1e-(x/λ)k,Weibull分布参数(λ,k)随着坡度α增加而指数式减小:(λ,k)=(aλ,ak)e(bλ,bk)α。  (2)土体粘聚力c、内摩擦角φ分别与μ、Dc存在幂函数关系:φ=AφDc-β,c=Acμα,因此,c~Weibull(λμαAc,kμ/a),φ~Weibull(λDcβAφ,KDc/β)。联合具体数据及τf=c+σtanφ,得出τ~Weibull(λ,k),具体的分布参数发生了改变。因此,土体非均匀分布决定了强度非均匀分布特征。  (3)渗透系数K与标度参数μ间有对数式关系,K随着μ的增加而减小。这表明土体渗透性主要取决于细颗粒组成,且具有随机性。  (4)土体内部渗透性能的随机性导致孔压随机涨落,孔压随机涨落引起抗剪强度非均匀分布,促使坡体非均匀变形和随机破坏。整个坡面活动表现为随机崩塌,这可能是形成野外泥石流非稳定阵流现象的一种原因。
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