黑方台静态液化诱发滑坡机理探究

当前,学者们对地下水位缓慢上升条件下土体破坏瞬间超孔隙水压力响应的认识尚不完全清晰。因此,以甘肃省黑方台Q3黄土为研究对象,首先通过等压固结不排水剪试验(ICU)确定黄土在不排水条件下的力学性质,其次通过恒荷载排水剪切试验(DL)研究实际应力路径条件下土体的破坏过程。ICU试验结果表明,黑方台地区饱和黄土在不排水条件下的静态液化特征十分显著,且不同深度的黄土试样在低围压下均表现出较高的静态液化潜势。DL试验结果表明,深层的饱和黄土于恒荷载排水剪应力路径下破坏瞬间有超孔压产生,土体发生了静态液化。

饱和土体静态液化失稳理论预测

通过在屈服准则和剪胀性方程中引入材料状态参数,建立了一个与材料状态相关的本构模型,用于模拟不同初始孔隙比和围压下土体的应力-应变关系。基于二阶功理论,建立了饱和土体静态液化失稳理论判别准则。通过预测一系列饱和松砂三轴不排水试验结果,验证了所建立的本构模型及判别预测准则的合理性。分析结果表明,静态液化发生于土体硬化阶段,静态液化触发伴随着剪应力达到峰值,其后剪应力降低且孔隙水压力持续增长。进一步地,模拟了充分降解的城市固体废弃物在不排水条件下的应力-应变特性,并预测到了潜在失稳线及静态液化触发点。

甘肃黑方台陈家8~#静态液化型黄土滑坡变形特征及成因机理

甘肃黑方台为灌溉诱发的静态液化型黄土滑坡发育地区,这类滑坡变形破坏具有明显的突发性,2015年黑方台东北侧的陈家8~#滑坡发生了3次滑动,在前方沟谷内形成了4.4×10~4 m^3黄土堆积体。通过野外调查和位移监测,获得了陈家8~#静态液化型黄土滑坡的完整变形曲线,其滑坡变形过程可分为前期稳定、匀速变形和加速变形3个阶段,位移具有明显的突发性,滑前坡体底部饱水黄土的静态液化是诱发滑坡连续发生的原因,而滑坡弧形凹槽产生的汇水作用是使3次滑动呈渐进后退式的重要因素。有效的地表变形监测和宏观上地下水渗出规律的识别是预警这类滑坡的重要手段。

南京砂强度特征与静态液化现象分析

在松散、中密和密实状态下,以南京粉细砂三轴固结不排水试验结果为基础,进行了强度、变形与静态液化特征的分析。松散南京砂强度特性表现出典型的应变软化,当轴向变形小于1%时强度达到最大值,而后急剧降低;在50,100 kPa围压时发生了静态液化。但随着固结压力的增大,静态液化消失。与南京砂具有相同土骨架的松散纯净砂却在低围压下未出现静态液化,其形成机制是:粉粒的存在未使土体孔隙比发生较大变化,却引起更大的体缩性;中密和密实南京粉细砂表现出加工硬化的强度特征,临界应力状态线倾角高达55°,具有较高的抗静态液化能力。

饱和黄土的静态液化特性试验研究

利用GDS三轴测试系统,对原状黄土进行了等压/偏压固结不排水剪(ICU/ACU)、常剪应力排水剪(CQD)试验。ICU和ACU试验表明:土体的应力-应变模式为强烈应变软化型,得到了其稳态线和潜在不稳定区,提出液化发生的必要条件就是土体状态位于或被带到潜在不稳定区域内。CQD试验表明,土体破坏的启动摩擦角远小于稳态摩擦角。当其应力路径试图穿越不稳定区时发生不完全排水剪缩破坏,具有突发性,检验了提出的不稳定区域的有效性。基于潜在不稳定区域的位置和斜坡土体的应力状态,提出了饱和黄土静态液化分析方法。

减饱和松砂静态液化的水-气两相流耦合分析

减饱和法是一种通过减小饱和砂土地基中的饱和度,提高地基抗液化强度的新方法。基于水-气两相流反应与土体骨架变形的耦合模拟方法,建立了单调加载条件下减饱和砂土静态液化的数值分析模型。开展了减饱和松砂的三轴不排水试验数值模拟研究,与室内试验结果对比,发现两相流模型能够准确描述减饱和砂土加载过程中的应力-应变关系、应力路径及孔隙水压力增长规律,验证了两相流模拟方法的正确性。数值分析结果还表明,加载过程中减饱和松砂中的饱和度会增加,直至达到一个稳定值,当围压一定时,减饱和松砂加载结束时的饱和度与初始饱和度呈线性关系;且砂土中气体会在荷载作用下被压缩,使得减饱和砂土在不排水条件下发生剪缩。计算发现,当砂土饱和度从100%减小到94.5%时,孔隙水压力系数B值会减小约80%,最大孔隙压力值会降低40%~50%,不排水剪切强度提高2.0~2.5倍,残余强度会提升10倍以上,由此可知,此为减饱和法抗液化的主要机制,而基质吸力不是减饱和法提高砂土抗剪强度的主要原因。

复杂应力路径下饱和砂土静态液化失稳预测

饱和砂土应力–应变关系具有各向异性和状态相关特性,因此其静态液化的触发与应力路径密切相关。现有文献已提出多种静态液化判别准则,但其准确性往往仅在三轴应力路径下被进行校验。对于涉及主应力方向旋转和不同中主应力比的复杂应力路径,现有判别准则是否可以准确预测静态液化的触发有待进一步验证。为此,基于状态相关各向异性砂土本构模型,结合前人的空心圆柱扭剪单元体试验,比较了二阶功、弹塑性刚度矩阵对称部分和失稳模量3种准则对复杂应力路径下砂土静态液化失稳预测的效果。发现包括:基于弹塑性刚度矩阵对称部分的失稳触发表达式不依赖于加载路径,具有更好的通用性,其预测的失稳点早于或与实际失稳点吻合;失稳模量理论可预测实际液化失稳的位置,但判定表达式因加载条件不同而变化。获得了复杂应力路径下的失稳线,分析了静态液化触发前砂土可发挥峰值摩擦角受中主应力、主应力方向等因素的影响。

石粉静态液化特性试验研究

石材在切割加工过程中会产生大量石粉,大量石粉多以堆填方式处理,形成石粉地基和石粉填埋场,因此需研究石粉的工程特性。通过固结不排水试验,研究不同的相对密度、不同围压时石粉的静态液化行为,并采用稳态强度理论对其进行分析。研究结果表明,石粉在低围压和低相对密度时会发生完全液化,但随着相对密度和固结围压的增大,石粉会出现暂时液化和充分稳定状态。与纯砂相比,花岗岩石粉具有"逆向性"特征。通过石粉的稳态线、不稳定区和状态参数与脆性指数可以较好地评估和预测其静态液化行为。

饱和土静态液化研究进展综述及趋势浅析

静态液化作为土体一种特殊的液化失稳现象,近年得到国内外学者的广泛关注;特别是随着静态液化诱发工程灾害事故报道增多,对于静态液化现象的深入系统认知具有重要的现实意义。该文对饱和土体静态液化现象开展综述研究,首先,通过开展国内外典型性工程灾害事故介绍及灾害机理分析,了解静态液化诱发工程灾害存在的典型特征;而后,系统综述静态液化室内试验方面研究,把握国内外学者对土性特征、典型试验现象,为后期类似试验开展提供技术参考。最后,基于典型性工程灾害、室内试验效果归纳,结合目前研究现状,简要分析了饱和土静态液化领域未来研究的工作重点及难点,以期为同领域研究人员提供前期参考。研究结果可为认知静态液化现象及发生特征提供基础性资料参考。

细粒含量对饱和砂土静态液化失稳特性影响的三轴试验研究

通过开展三轴固结不排水剪切试验,研究了初始相对密实度、黏土掺量及固结方式对含细粒砂土静态液化特性的影响。纯丰浦砂试验结果表明,中密和密实试样的应力应变关系呈持续应变硬化特性,孔压先增加后减小到负值,只有在极松散(密实度D_(r)=5%)情况才出现持续的应变软化。掺入一定量上海黏土的丰浦砂试样试验结果表明,在细粒含量不高条件下,细粒含量增加导致砂土更易发生应变软化。基于试验结果以及计算得到的二阶功变化情况,获得了砂土静态液化失稳触发点对应的应力比。该应力比随试样初始密实度增大而增大,随细粒含量增加而减小,说明砂土越松散、细颗粒含量越高越易触发静态液化失稳。

土工袋抗土体静态液化机制探讨

土体在特定的应力路径条件下会发生静态液化问题,将易液化土体放入土工袋内,可以增加土体的抗液化稳定性.现有的文献对土工袋如何增强土体的强度已经提出了较为系统的阐述,但对其抗静态液化的机制却鲜有报道.为此,基于Hill二阶功失稳判据,在弹塑性本构理论框架内讨论了土体静态液化的模式与土体屈服、硬化以及剪胀性的关系;并分别在等周和等张力假设条件下,探讨了土工袋的抗静态液化的机制.研究结果表明:土体的静态液化触发条件可以通过Hill二阶功失稳判据识别,但液化后为暂态液化或完全液化与土体的剪胀特性有关;土工袋通过限制土体的应变路径,约束了袋内土体静态液化的发展,从Hill二阶功准则看,土工袋对袋内土体提供的附加二阶功恒为正,有助于降低土体的静态液化风险;土工袋抗静态液化的效果与袋体的模量正相关、与袋子尺寸呈反比.

砂土静态液化本构模型

基于临界状态理论,利用状态相关剪胀理论对Boukpeti等提出的模型进行了修改,得到了一个新的砂土液化本构模型,并用微粒群算法对模型参数进行了优化。结果表明:该模型可以只用一组材料参数对不同初始状态下的土体响应进行模拟,相对原模型减少了参数的个数,模型预测能力较强。

甘肃黑方台静态液化型黄土滑坡滑距预测模型

黑方台位于中国甘肃省永靖县,长年的农业灌溉使其台塬边发育了大量的黄土滑坡,其中突出一类为静态液化型黄土滑坡,具有运动距离远,危害性大的特点。文章结合运用摄影测量技术与统计分析方法,研究了静态液化型黄土滑坡的基本特征参数,建立了滑坡体积、滑坡后退距离和堆积体平均宽度的关系。利用滑坡形成的泥流屈服应力获得了坡度与滑坡堆积体淤积厚度的关系。以滑坡后退距离和前缘坡体平均坡度两个简单参数建立了黑方台静态液化型黄土滑坡的滑距预测模型,具有较好的适用性。

不同地区饱和原状黄土静态液化特性试验研究

黄土因饱水静态液化而发生突发性失稳破坏,易造成人员伤亡和财产损失。按照颗粒级配的不同,中国黄土分为砂质、粉质和黏质黄土,不同区域的黄土具有不同的静态液化特性。利用GDS三轴试验系统,对陕西神木砂质黄土区(Q_3黄土)、甘肃黑方台粉质黄土区(Q_3黄土)和陕西泾阳黏质黄土区(Q_2黄土)原状饱和黄土进行了等向固结不排水三轴剪切(ICU)试验,研究了初始孔隙比和颗粒级配对原状黄土静态液化能力的影响。试验结果表明:①3个地区的饱和原状土的应力-应变关系均为软化型,在中低围压下泾阳饱和原状黄土不发生液化,仅表现出弱软化现象;②中低围压下,初始孔隙比是影响原状黄土静态液化的主要因素,高围压下,初始孔隙比的影响逐渐减小,颗粒级配成为影响原状黄土静态液化的主要因素。

饱和粉土静态液化性能试验研究

通过固结不排水三轴压缩试验,分析了围压、固结比和干密度等因素对饱和粉土静态液化特性的影响。试验结果表明,在干密度较小时,饱和粉土的偏应力-应变曲线呈现明显的硬变软化型,随轴向应变增大超静孔隙水压力增加、有效应力减小而发生静态液化,当干密度达到1.58 g·cm-3时,饱和粉土的偏应力-应变曲线表现出硬变硬化现象,超静孔隙水压力为负值或接近0,饱和粉土不再发生静态液化,即饱和粉土存在静态液化的干密度临界值;其他条件不变,随着围压、固结比或干密度的增大,偏应力峰值和残余强度均增大,静态液化势降低;根据有效应力路径建立了流滑面以作为饱和粉土稳定区与非稳定区的分界面。

静态液化的研究进展

基于国内外对静态液化的研究分析,对静态液化稳态强度的研究方法和影响因素进行了总结。在此基础上,提出了静态液化亟待研究的问题,并进一步分析了固结比对粉土液化的影响,结果表明:粉土抗液化强度随固结比增大而增大。

浅层砂土静态液化型滑坡启动机理研究

松散砂土是很容易发生静态液化的一种砂土,我国西南地区"5·12"汶川特大地震后存在大量的松散堆积体,易发生浅层静态液化型滑坡。因此有必要对这种松散堆积体滑坡破坏类型进行研究,以揭示其液化滑坡的机理。国内外目前多通过三轴试验而不是物理模型试验来研究静态液化。影响边坡液化破坏的因素很多,本文以边坡堆积体模型试验为研究手段,重点研究浅层滑坡试验体在后缘汇水条件下松散砂土边坡液化的机理。采用分层静压法在模型箱内人工制作边坡,采集土体的体积含水率、孔隙水压力、坡体破坏时间和模型破坏后的运移距离等。试验结果表明:在排水型边坡试验中,由于坡体破坏产生了超孔隙水压力;坡度对运移距离的影响最大,并呈现负相关性;不同坡度和流量下,底层砂土达到充分饱和是滑坡破坏的前兆,即滑坡破坏的必要条件。

基于状态相关本构模型的松砂静态液化失稳数值分析

采用有限元数值方法分析饱和砂土稳定性时,需结合能够正确反映体变特性的弹塑性本构模型来模拟可能出现的静态液化现象。推导出状态相关砂土本构模型的隐式积分计算方法,指出计算过程中可能出现的两类数值错误,并给出相应的数值处理方法。以二阶功为负作为液化判别准则,分析并对比不排水条件下松砂平面应变试件在快速加载和慢速加载2种情况下静态液化现象与规律的不同。以整体二阶功为负作为松砂边坡稳定的判别条件,对海底人工堆积松砂边坡进行稳定性分析。算例分析结果表明,该判别条件具有一定的合理性且该数值计算方法是可靠的。

细粒尾矿静态液化的室内试验研究

为研究细粒尾矿的静态液化特性,基于内掺法配制不同细粒含量的尾矿试样,并通过固结不排水三轴试验,研究不同围压、不同细粒含量尾矿的静态液化特性。试验结果表明:有效固结围压越小,饱和尾矿的静态液化现象越明显,并且可以用不排水脆性指数、液化势指数和失稳势指数3个液化参数对尾矿的静态液化特性进行定量描述。随着细粒含量的增加,尾矿的3个液化参数均呈现出先增大后减小的趋势,并在细粒含量为30%时达到最大值,尾矿此时的静态液化潜势最大。最后基于修正状态参数将尾矿的静态液化特性进行分类,并通过其他种类尾矿试验结果和相关性检验对其进行分析,论证修正状态参数标准对尾矿的静态液化特性分类的合理性。

2015年4.29甘肃黑方台党川2~#滑坡基本特征与成因机理研究

2015年4月29日早上7点55分,甘肃省永靖县盐锅峡镇党川村发生了小规模黄土滑坡,约5×10~4m^3失稳的黄土从黄河Ⅳ级台塬黑方台冲向黄河Ⅱ级台塬。滑坡后仅3h,再次产生较大规模的黄土滑坡,约35×10~4m^3黄土泥流冲向下游,形成长约780m,宽100m的堆积体,最大的堆积厚度17m,在党川段是少有的灾难性的滑坡。本文在滑前位移监测和裂缝分布变形研究的基础上,结合详细地质调查、低空摄影测量、现场工程地质测绘、含水率实验等手段,对党川2~#滑坡的基本特征进行了分析,并形成滑坡发生及成灾原因初步认识。结果表明:(1)从时间上来看,党川2~#滑坡共发生2次滑动,根据滑动模式和堆积特征上分析,第Ⅰ次相对独立,第Ⅱ次分为3轮滑动,共4轮滑动;(2)第Ⅰ次滑动区域面积8396m^2,变形区域仅在台塬边较小范围内,滑前长期蠕动变形是第Ⅰ次滑动发生诱发因素;(3)第Ⅱ次滑动区域面积为27422m^2,地表裂缝较少,滑前裂缝无明显位移变形,底部黄土的液化对台塬黄土滑坡的运动起了非常重要的作用,该次滑动滑距长、破坏强,具有突发性;(4)党川段开始发生大规模静态液化型黄土滑坡,并以落水洞形成滑坡边界,这对其他区段早期识别和监测预警研究具有重要意义。