土石混合体变形破坏基覆面效应试验研究

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土石混合体一般是由作为骨料的砾石或块石与作为充填料的粘土或砂组成,它是介于土体与岩体之间的一种特殊的地质体。目前人们对于它的研究仍处于探索之中,因为土石混合体具有物质组成的复杂性、结构分布的不规则性以及试样的难以采集性等特性,从而给研究带来极大的困难。土石混合体滑坡对人类工程活动十分敏感,是重大工程建设中经常会面临的重大灾害事件。所谓基覆面是指土石混合体与基岩的接触面。由于基覆面的作用,土石混合体滑坡形成滑带的位置和力学性质会不同,因此研究土石混合体的基覆面效应对于正确评价土石混合体滑坡的稳定性具有重要意义。论文从基覆面的角度、形态的不同出发,采用模型试验和数值模拟的研究方法,对土石混合体的变形破坏、滑裂面、最大剪应力、孔隙水压力、土压力等方面进行了系统研究,取得了以下主要成果和新认识:  (1)根据土石混合体滑坡发生变化破坏的影响因素,提出了基覆面的概念,指出了基覆面对土石混合体斜坡变形破坏的作用,明确了基覆面对土石混合体变形破坏的影响因素,认为土石混合体的变形破坏受基覆面的角度、形态等因素的影响,借助大型推剪试验对土石混合体的变形破坏开展了研究,在试验的过程中考虑了基覆面的角度、形态对土石混合体变形破坏的影响,分析了在推剪试验过程中土石混合体的变形破坏特征。  (2)通过对基覆面影响土石混合体的变形破坏的因素分析,将基覆面的角度设置为25°、35°、45°、55°、65°,基覆面的形态设置为平直状、台阶状、起伏状。针对不同角度、不同形态基覆面情况下的模型开展试验,分析了不同基覆面情况下的土石混合体的破裂面与基覆面的关系,最大剪应力的变化规律,孔隙水压力变化值与土压力变化值的变化规律。  (3)对不同角度基覆面情况下土石混合体的变形破坏的滑裂面进行了研究,随着基覆面角度的增加,基覆面与滑裂面的角度增加。随着基覆面坡度的增加,最大剪应力即峰值强度先增大后减小,中间出现临界值。基覆面为45°时,最大剪应力即峰值强度最大。  (4)在不同基覆面情况下的孔隙水压力变化值和土压力变化值曲线的局部变化存在差异,但整体都会呈现先增加后减小的趋势。基覆面角度在45°之前,随着基覆面角度的增加,孔隙水压力变化值与土压力变化值峰值出现时间会比基覆面角度小的情况下孔隙水压力变化值与土压力变化值的峰值出现的时间滞后;当基覆面角度大于45°之后,孔隙水压力与土压力变化值的峰值出现时间会比基覆面角度小的情况下孔隙水压力值与土压力变化值的峰值时间提前。  (5)本文借助修正的Weibull模型对剪应力随剪切位移的变化趋势进行了分析,修正的Weibull模型能够很好地拟合不同角度基覆面情况下土石混合体变形破坏的剪应力随剪切位移的变化规律,具有一定的理论意义和应用意义。  (6)为了实现推剪过程中对土石混合体的剪切破坏过程以及应力状态的分析,论文选取FLAC—3D软件进行分析模拟。本文对推剪过程中的剪应变速率、位移矢量、塑性区变化、剪应力随剪切位移的变化规律展开了研究分析,分析结果表明,剪应力随着剪切位移的增加,剪应力总体会呈现先上升后趋于平缓变化的趋势。当剪应力上升达到最大时,土石混合体发生整体剪切破坏,形成整体的剪切破裂带,此后,剪应力处于平缓变化状态。  (7)通过数值模拟分析,在平直状、台阶状、起伏状基覆面情况下,随着基覆面角度的增加,使得在推力的作用下土石混合体沿基覆面运移时,施加推力部位与坡脚的距离会增加。随着基覆面形态的变化,当基覆面形态为平直状时,施加推力部位与坡脚距离会在较大范围内使得土石混合体沿基覆面运移。当基覆面形态为台阶状时,施加推力部位与坡脚距离会在较小范围内使得土石混合体沿基覆面运移。
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