论文部分内容阅读
红层在我国分布广泛，该类地层具有特殊的工程地质特性，特别是在多雨季节，该地层中经常发生众多的红层滑坡，滑动面近似水平，倾角一般为5°～11°，远远小于其内摩擦角。根据传统的滑坡理论，很难解释其启滑机制，因此，该类边坡的变形失稳机制的研究具有重要的意义。
本论文以缓倾角红层滑坡-天台乡滑坡为研究对象，在收集滑坡相关资料与前入研究成果的基础上，进行滑坡区域的野外实地踏勘和调研，并采集红层软岩试样;通过室内浸水剪切试验和饱水剪切蠕变试验，总结出红层软岩浸水软化规律和蠕变特性;结合地质理论分析，探讨了该滑坡的形成过程，为类似的发育于砂、泥岩地层中红层边坡的防治提供理论依据。本文的主要研究工作如下:
(1)对滑坡区域进行实地调研
天台乡滑坡地处五宝场背斜东南翼，区域范围内地层主要由侏罗系中统遂宁组和蓬莱镇组泥岩、粉砂岩、砂岩等互层组合构成;通过野外地质剖面实测发现，岩层产状多为100°～140°∠5°～11°，呈近似水平状。
(2)剪切盒的改进设计
通过以往的试验操作发现，JQ-200型岩石剪切流变仪，主要适用于天然状态下硬质岩石的直剪试验和剪切蠕变试验，相对来说并不适用于本文红层软岩浸水剪切试验。基于此，在已有剪切盒的基础上进行改进设计，研制出一套新型的饱水剪切盒，进一步充实了岩石剪切仪器中剪切盒的型式。新研制的饱水剪切盒分为上下两部分，上剪切盒由上剪切盒前板和U形框体通过定位插销和螺栓连接组成;下剪切盒下部设有盒底，两侧设有滚珠槽，上下剪切盒通过插销和提销连成一个既能满足试件长期浸水要求又能进行剪切试验的饱水剪切盒。该剪切盒解决了软岩遇水崩解、掉块、剥离等问题，消除了软岩浸水过程中的隐患，上下剪切盒形成的内腔的四角留有进水孔使得试样在浸泡过程中渗水更为充分和均匀。同时新研制的饱水剪切盒可脱离主机平台，成为独立的饱水装置。按照试验设计我们总共制作了4个饱水剪切盒，拟将进行一组岩样的浸水剪切试验，大大缩短了试验周期，具有很强的实用性。
(3)天台乡滑坡红层软岩浸水软化规律
通过对红层泥质粉砂岩进行不同浸水天数的剪切试验，得出浸水一天后泥质粉砂岩的抗剪强度指标为:C=2.25MPa，(φ)=43.7°;浸水三天后的剪切强度指标为:C=2.60MPa，(φ)=35.1°;浸水五天的剪切强度指标为:C=2.36MPa，(φ)=41.2°;浸水十天的剪切强度指标为:C=1.52MPa，(φ)=40.7°;浸水十五天的剪切强度指标为:C=1.61MPa，(φ)=38.6°;浸水三十天的剪切强度指标为:C=1.39MPa，(φ)=36.5°。通过对试验结果进一步分析发现，泥质粉砂岩在浸水过程中表现出一定的软化效应，不同压力下泥质粉砂岩剪切强度峰值随浸水天数的延长而逐渐下降;泥质粉砂岩的抗剪强度指标随浸水时间的增长呈现出一定的衰减性，随着浸水天数的增加C值不断减小，浸水30天后的粘聚力为天然状态下的58％;同时(φ)值随着浸水时间的增长而下降，浸水一个月后的内摩擦角较天然状态下减小11％。
(4)天台乡滑坡红层软岩蠕变特性
对饱水状态下泥质粉砂岩展开剪切蠕变试验研究，分级加载条件下泥质粉砂岩累积变形——时间曲线显示该类软岩具有明显的流变特性，具体表现为:在较低的剪切应力水平下，其变形趋于稳定，即经过一定的时间后蠕变变形量不再改变;随着剪切应力水平的提高，蠕变过程依次经历衰减蠕变、稳态蠕变、加速蠕变三个阶段;当剪应力达到某一界限值后，泥质粉砂岩从衰减蠕变阶段后直接过渡到加速蠕变阶段而发生破坏。
在同一级正应力下，低剪切应力水平时，泥质粉砂岩的蠕变速率表现出两个阶段:初始蠕变速率阶段和稳态蠕变速率阶段。在低剪切应力水平条件下，稳态蠕变速率几乎等于零，相反，在较高剪切应力水平作用下，稳态蠕变速率表现出的特征与低剪切应力水平时的基本相同，所不同的是初始蠕变速率阶段随着时间的增长很快衰减为一恒定值，而稳态蠕变速率衰减为一大于零的常数。
天台乡滑坡的发生除与坡体本身固有的地层岩性、地质构造和和良好的临空条件等内部因素有关外，持续长时间的暴雨是诱发该滑坡的直接外部因素。基于以上分析，结合红层泥质粉砂岩浸水剪切试验和饱水剪切蠕变试验研究成果，得出该滑坡从初始变形到最终失稳破坏的演化过程，即入渗软化阶段→裂缝扩展阶段→分块启滑阶段。
(5)剪切蠕变模型及相关参数确定
根据泥质粉砂岩剪切蠕变试验得出的蠕变曲线特征，选用Burgers模型来描述其蠕变特性;采用以嵌入Levenberg-Marquardt算法的最小二乘法为理论基础的数值分析软件Origin，对剪切蠕变试验结果曲线进行参数辨识，并确定相应模型参数;对比发现拟合得到的模型曲线与试验结果曲线吻合度较高，Burgers模型能够很好的描述泥质粉砂岩的衰减蠕变阶段和等速蠕变阶段的蠕变特性，实用性很强。