预加固高填方斜坡滑动失稳机制的离心模型试验研究 ——以攀枝花机场为例

论文摘要

随着我国西部大开发交通基础设施的大规模兴建,西南地区机场建设进入迅猛发展阶段。西南地区大部分为山区,机场建设一般都具有高填方、高地震烈度、复杂的场区地质条件等特点。目前由于高填方斜坡失稳而造成的地质灾害越来越多,给各国人民的生命财产和经济建设造成严重损失,危害范围也越来越大。因此,研究高填方斜坡的滑动失稳机制对工程建设具有重要的指导意义。本文以攀枝花机场高填方斜坡中的12#滑坡为例,采用成都理工大学新近建成的500g.t大型土工离心机,模拟预加固高填方斜坡在天然工况和降雨工况下的变形破坏特征,再现12#滑坡滑动失稳过程,并分析和讨论滑坡的滑动机制,获得的主要研究成果如下：（1）以攀枝花机场高填方斜坡为原型,采用成都理工大学新近建成的500g.t大型土工离心机,在245g的高加速度下,模拟现场长约300m、高度超过120m的高填方斜坡的变形和滑动过程。模型采用原型材料制作,并考虑了原型中的三排抗滑桩（键）等结构措施,共安装了孔隙水压力计、土压力计、位移传感器、应变片等近60个测试元件。本次模型设计为以后类似工程的离心机试验提供了参考和借鉴。（2）通过室内土工试验,如筛分试验、颗粒级配试验、填土体中剪试验及滑带土直剪试验等,确定了当模型土体密度p=1.97g/cm3、含水率w=12%时,其C、φ值达到与原型土基本一致。这为模型与原型的相似,以及准确模拟现场填土体的实际情况奠定了基础。（3）天然工况下,当加速到245g时,随着水逐渐渗透,孔隙水压力呈缓慢增大的趋势。模型坡体虽未出现明显滑动,但坡体上部和顶部出现沉降和开裂现象,坡脚发生微小的隆起变形,且后缘基覆界面附近出现明显剪切应变带。这说明坡体在自重作用下沿基覆界面发生了剪切蠕滑变形。（4）降雨工况下,孔隙水压力在200g左右达到峰值,后又迅速减小,证明此时土中的孔隙水压力因滑动破坏而消散；同时坡顶产生大沉降,并出现大量近似平行的张裂缝,坡顶两个监测点的数据显示,沉降达10cm左右；坡脚由于受边坡土体滑移变形和挤压影响,出现隆起。即滑体中后部以拉张破裂为主,中前部以挤压变形为主,并具有塑性流动特征。（5）当加速度在245g稳定运行时,天然工况桩后土压力大小沿埋深在桩中（桩后40mm处）及近锚固段（桩后75mm处）分别为210.6KPa、304KPa；桩前土压力在相对应部位大小分别为4.5KPa、111.4KPa。降雨工况距桩顶40mm处桩后和桩前的土压力分别为676KPa和452KPa。从天然工况和降雨工况下的土压力分析结果均可看出,桩后土压力要明显大于桩前土压力,说明桩后承受较大的推力。从桩身土压力分析结果可看出,桩身土压力沿埋深从桩顶向下逐渐增大至桩底,在基覆界面处,土压力最大。此外,模型试验显示,抗滑桩的破坏主要为折断式破坏。（6）将试验模型与原型斜坡进行对比分析,结果显示,模型试验揭示的变形、破裂与原型类似,从斜坡变形破裂特征、抗滑桩受力与破坏、孔隙水压力变化等方面深化了滑坡机制的认识,进一步证明了滑坡的机制模式是推移式蠕滑-累进性剪断-溃滑与超覆。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 选题依据及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 高填方边坡研究现状
• 1.2.2 土工离心机的发展现状
• 1.2.3 离心模型试验技术在工程领域中的应用现状
• 1.2.4 离心模型试验技术在边坡工程中的应用现状
• 1.3 主要研究内容、研究思路、技术路线
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 研究思路
• 1.3.3 技术路线
• 第2章 攀枝花机场高填方斜坡及滑坡特征
• 2.1 高填方斜坡概况
• 2.2 P140～P160段高填方斜坡的基本特征
• 2.3 P140～P160段高填方斜坡变形及滑坡特征
• 2.3.1 变形特征
• #滑坡特征'>2.3.2 12^#滑坡特征
• #高填方斜坡滑动失稳成因分析'>2.4 12^#高填方斜坡滑动失稳成因分析
• 第3章 土工离心模型试验原理
• 3.1 土工离心模型试验的意义
• 3.2 离心模型试验相似理论
• 3.2.1 相似理论
• 3.2.2 各物理量的相似问题
• 3.2.3 相似关系
• 3.3 离心模型试验的比尺关系
• 3.4 离心力场特性
• 3.4.1 离心力场与重力场的区别
• 3.4.2 离心力场的特性
• 3.5 离心模型试验的误差分析
• 3.5.1 离心机启动和制动误差
• 3.5.2 边界效应问题
• 3.5.3 粒径效应与几何尺寸效应的问题
• 3.5.4 科氏加速度误差分析
• 3.5.5 采集系统引起的误差分析
• 第4章 高填方斜坡离心模型试验设计
• 4.1 试验目的
• 4.2 试验设备及参数
• 4.3 模型设计
• 4.3.1 模型尺寸及结构
• 4.3.2 相似关系
• 4.4 模型材料及性质
• 4.4.1 土样选择原理
• 4.4.2 填土物理力学性质试验及参数取值
• 4.4.3 滑带土物理力学性质试验及参数取值
• 4.4.4 抗滑桩的模拟
• 4.5 量测传感器及布置
• 4.6 模型制作及安装
• 4.6.1 准备工作
• 4.6.2 填筑模型
• 4.6.3 模型箱的安装
• 4.7 试验加载及量测
• 4.8 本章小结
• 第5章 天然工况下离心模型试验结果分析
• 5.1 斜坡变形特征分析
• 5.1.1 坡顶沉降分析
• 5.1.2 坡脚位移分析
• 5.1.3 坡体侧面变形特征
• 5.2 斜坡破裂特征分析
• 5.3 抗滑桩受力分析
• 5.4 孔隙水压力变化分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 降雨工况下离心模型试验结果分析
• 6.1 斜坡变形特征分析
• 6.1.1 坡顶沉降分析
• 6.1.2 坡脚位移分析
• 6.1.3 坡体侧面变形特征
• 6.2 斜坡破裂及失稳特征分析
• 6.3 抗滑桩受力分析
• 6.4 孔隙水压力变化分析
• 6.5 斜坡滑动失稳机制分析
• 6.6 本章小结
• 结论与建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得学术成果