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溶滤体系中黄土结构强度劣化特性研究
  • 项目名称:溶滤体系中黄土结构强度劣化特性研究
  • 项目类别:青年科学基金项目
  • 批准号:51109199
  • 申请代码:E0907
  • 项目来源:国家自然科学基金
  • 研究期限:2012-01-01-2014-12-31
  • 项目负责人:许领
  • 依托单位:中国科学院地质与地球物理研究所
  • 批准年度:2011
中文摘要:

引水灌溉是我国西部地区开展农业生产的基础工程,越来越多的黄土台塬将面临地下水位升高所带来的塬边渗流溶滤问题。这必将对黄土的微观结构以及宏观力学性质产生影响。尤其对于那些已经发生滑坡的黄土塬,地下水位的升高已使得塬边底部饱和黄土应力状态非常接近其结构强度,在这种情况下,渗流溶滤对结构强度的任何弱化都可能导致边坡的再次失稳。因此,本项研究拟通过模拟原状黄土渗流溶滤过程,开展不同条件下黄土结构强度应力路径试验研究,包括应变控制排水/不排水常规三轴压缩试验、应力控制排水/不排水三轴剪切试验及常剪应力增孔压三轴剪切试验,定量评价溶滤体系中黄土结构强度的劣化规律。同时,同步开展黄土微结构研究,进而探讨黄土结构强度劣化机制,并构建其力学损伤模型。通过开展本项研究不仅可以丰富黄土结构强度理论,对于揭示溶滤条件下黄土长期强度性质以及边坡演化机制具有重要意义,也可为灌溉诱发黄土滑坡的防治提供新的思路。

结论摘要:

引水灌溉是我国西部地区开展农业生产的基础工程,越来越多的黄土台塬面临地下水位升高所带来的塬边渗流溶滤问题。尤其对于那些已经发生滑坡的黄土塬,地下水位的升高已使得塬边底部饱和黄土应力状态非常接近其结构强度,在这种情况下,溶滤对结构强度的任何弱化都可能导致边坡的再次失稳。项目执行期间,重点开展3个方面的研究工作。首先开展了灌溉诱发滑坡后缘渗流溶虑相关水文过程模拟和与之相关的滑坡演化机制。其次,重点开展粘性黄土结构性对其力学行为影响。开展一维固结压缩和三轴剪切试验研究。研究发现成果1针对粘性原状黄土开始阶段结构性表征明显,一维和等向压缩路径首先穿过重塑黄土正常固结线(NCL),其后发生屈服,同重塑黄土NCL近似收敛,但无完全收敛;成果2应力-剪涨关系差异明显。初始阶段,应力剪涨线位于重塑黄土固有剪涨线右侧;随着剪切的发生趋于固有剪涨线,并在常体积条件下达到相同M值;成果3不同深度原状黄土之间,具有近似唯一的临界状态线;类似,对于扰动黄土,不同深度临界状态差异亦不明显,可以近似唯一临界状态线。但是,原状和临界状态线不同,这充分反映了结构性在剪切条件下,亦是难以完全消除。这与一维固结压缩实验结果类似;成果4原状黄土状态边界较扰动黄土要大很多,这是结构性的体现和作用。将原状和重塑结果同时利用重塑黄土临界状态线进行标准化,结构性特征更加明显。最后,利用固结仪改装渗透溶虑装置,渗流模拟发现,黄土结构性自身对溶虑过程产生深远影响,并造成黄土结构性封堵,最终无水流出的局面。上述溶虑模拟过程可能已偏离了场地塬边渗流溶虑实际。这一问题需要进一步验证和明确,如是否造成额外的结构(颗粒排列方式等,聚集体的运移)损伤?这些细节的确定,对本项研究至关重要。同时,采用将标准尺寸原状样放入饱和器后,同其一起在蒸馏水中浸泡,让盐分析出。对不同浸泡时间样品开展同等条件下的不排水剪切实验,研究发现,浸泡时间越长,峰值强度降低越多,而稳态强度相差不大,但是浸泡法存在浸泡后重新装样过程,其对黄土力学测试结果的影响还有待进一步评估。


成果综合统计
成果类型
数量
  • 期刊论文
  • 会议论文
  • 专利
  • 获奖
  • 著作
  • 7
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
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