地震诱发石碑塬低角度黄土滑坡形成机理的试验研究

地震诱发石塬低角度黄滑坡形成机的试验研对1920年8.5级海原大地震发的黄土滑坡调查发现有一类滑坡具有低角度、长滑距的运动特征,且破坏强、危害大,成因机制一直倍受关注,同时也颇具争议,很多问题仍有待进一步探讨取海原地震诱发的石碑塬黄土滑坡,开展了石碑塬滑坡遗迹勘查土基本物理力学性质测试土微结构电镜扫描试验、动力液化试验型环剪试验等,针对该区马兰黄土纵向分布不均匀的特点,对黄土的结构特征、静力学与动力学特性进行了深入研究讨论了饱和黄土的动力液化特性及其控制因素,揭示了动荷载作用下饱和黄土液化过程中超孔压的产生与发展规律,探讨了饱和黄土液化后强度与变形的发展趋势在此基础上,进一步分析石碑塬斜坡地质原型,结合数值模拟,对地震诱发饱和黄土层液化后低角度长距离滑坡的形成机理进行了论证。通过研究,初步获得如下主要认识(1)基于石碑塬滑坡的遗迹勘查发现石碑塬滑坡具有明显区别于其它滑坡的特征:①堆积体成块状或波浪状,此起彼伏,绵延数里,具明显的液化特征;②滑坡视摩擦角为°~3.12°,滑坡侧壁不甚明显;③滑动带为一厚度较大的软塑带,无明显擦痕或磨光面。(2)在对石碑塬斜坡地质结构进行分析的基础上,通过室内试验研究不同深度同类型黄土样品,从物质组成、结构特征、强度参数、非饱和特性和动参数等方面进行对比分析揭示了滑坡区马兰黄土纵向分布和力学性质的不均匀,分别得到了动弹性模量、阻尼比及动强度与干密度含水率固结比振动频率及振动次数等影响因子之间的定量关系,为黄土动力学参数的取值提供了科学依据。(3)试验揭示了饱和黄土振动液化过程中孔压增长规律凝聚了黄土液化特性的控制因素主要为粒度组成、孔隙结构和饱和度定量分析了各控制因素对液

化强度的影响机制动作用下,饱和黄土的黏粒含量越低孔隙水压力增长速度越快,抗液化强度越低;饱和黄土孔隙比越大振动前后大中孔隙相对减少量越显著,抗液化强度越低;饱和度对黄土粒间胶结物质的赋存状态及黄土结构强度影响很大,黄土饱和度越高,抗液化强度越低。(4)试验获得了石碑塬滑坡滑带土液化后的稳态强度和稳态线揭示了稳态强度与前期应力路径无关,但受到黄土孔隙比、围压、饱和度、剪切速率、排水条件等因素的影响态强度随着黄土孔隙比度与剪切速率的增大而减小随着围压和排水速率的增大而增大。研究结论较好地展示了强震作用下饱和黄土层液化后进入长距离稳态变形的破坏机制为黄土斜坡动力响应机制的试验研究提供了一套涵盖现场取样、试验准备、试验方案及成果分析等系列环节的技术方法。而且在饱和黄土样品的制备中通过将CO2钢瓶、蠕动泵、GDS力控制器与MTS土动三轴试验机进行组合,优化了黄土的饱和方法与流程;在黄土液化后强度与变形规律的试验中,实现了对孔压消散速率的控制对石碑塬滑坡成因机制进行分析发现,位于地下水位线附近的砂质黄土、粉质黄土层是发生震动液化的物质基础,特殊的水文地质条件和超强的动力条件是该区发生地震液化的主要触发因素,石碑塬滑移区内峰谷相间的波状起伏地貌和砂质黄土层段的扰动形态成为其液化流滑的有利证据,综合分析石碑塬滑坡的成因机制为:地震动作用下黄土结构破坏-饱和带超孔压累积发展-饱和带黄土液化上涌与侧向扩离-上覆黄土层引张拉裂-液化带托浮上层黄土长距离流滑。采用数值模拟技术,模拟再现了强震下石碑塬地区饱和黄土层超孔压