含砾滑带土三维颗粒流模型建模方法研究

提出了基于CT扫描技术和PFC三维颗粒流程序建立含砾滑带土三维建模方法。首先,通过CT扫描技术获得含砾滑带土三轴试样的一系列二维切片图像,采用二值化和砾石边界识别方法,得到了砾石边界点云数据;其次,利用砾石边界点云数据,采用逆向重构得到各个砾石的三维模型;最后,将重构的三维砾石模型导入PFC三维颗粒流程序,建立颗粒流数值模型。计算结果表明:三轴剪切过程中,砾石的欧拉角随着试样剪切变形的发展而变化;与无砾石试样相比,砾石周围土体小球的运动方向更加杂乱,说明了砾石对含砾滑带土的剪切破坏有显著的影响。通过与三轴剪切试验过程中砾石的空间运动规律进行对比分析,验证了提出的建模方法是可行的。采用该方法研究砾石的空间运动特征,对于揭示砾石在含砾滑带土剪切破坏过程中的作用具有重要的意义。

含砾滑带土复活启动强度研究

砾石在古滑坡滑带土中广泛存在,确定含砾滑带土的启动强度是古滑坡稳定性评价和灾害防范的关键。以2018年甘肃舟曲县江顶崖古滑坡复活事件为例,基于试验测试和反演分析方法,研究了含砾滑带土的复活启动强度。结果表明:(1)长距离剪切后,滑带土中的胶结作用已逐渐丧失,其残余抗剪强度主要由土颗粒之间的滑动摩擦阻力和咬合作用所导致,砾石含量较高时土颗粒之间的力较强,因而其残余强度也相对较大。剪切面摩擦系数与粗糙度呈正线性相关性,砾石改变了剪切面的粗糙度,使剪切面摩擦阻力增大,导致其残余强度增大。(2)含砾滑带土的残余内摩擦角同时受黏粒含量和砾石含量的控制,与黏土质滑带土主要受黏粒含量控制的机制具有明显差异,建议采用砾石含量与黏粒含量之比作为估算含砾滑带土残余内摩擦角的指标。(3)古滑坡复活启动强度一般大于残余强度但略小于恢复强度,复活启动前的滑带土强度已经由恢复强度向残余强度逐渐衰减,此时古滑坡整体上处于蠕滑状态,在外力作用下,滑带土强度易发生急剧衰减,从而诱发古滑坡加速滑动。

含砾滑带土残余强度与剪切面粗糙度的细观响应机制

含砾滑带土的力学性质与剪切面细观结构紧密相关,定量化表征剪切面的粗糙度对于揭示含砾滑带土残余强度变化的细观机制具有重要意义。基于反复直剪试验和高精度三维激光扫描技术,对含砾滑带土剪切面的粗糙度进行了定量刻画,并剖析了其与残余强度参数之间的关系,结果表明:滑带土剪切面摩擦系数与粗糙度呈较明显的相关性;砾石是滑带土残余强度变化的内在因素,垂向应力和水是残余强度变化的外部因素。含砾滑带土的残余强度由剪切面砾石的接触性质和剪切面的起伏程度共同决定:砾石含量决定了咬合摩擦接触面的数量,随含石量增大,剪切面中咬合摩擦接触面增加;砾石最大粒径控制了接触面积和夹角,粒径越大,咬合摩擦越大;垂向应力的压实作用和水的软化作用有助于咬合摩擦向滑动摩擦转化,减小滑带土的残余强度。