地震和降雨耦合作用下黃土邊坡失穩(wěn)的大型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究.pdf

1、黃土是一種多孔隙、弱膠結(jié)的特殊土。工程性質(zhì)極差，具有水敏性和動(dòng)力易損性，當(dāng)遇水浸濕或者遭遇中強(qiáng)地震作用時(shí)便會(huì)誘發(fā)嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害或工程病害。在地震和降雨耦合作用下，如果誘發(fā)滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，造成的危害性將會(huì)更大。近年來(lái)，隨著黃土高原地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們對(duì)地震安全的需求也日益增長(zhǎng)，這種對(duì)地震安全的內(nèi)在需求和多場(chǎng)耦合作用誘發(fā)邊坡失穩(wěn)的現(xiàn)實(shí)可能性，充分表明了開(kāi)展地震和降雨耦合作用下黃土邊坡失穩(wěn)研究的必要性。本文以低角度黃土邊坡為研究對(duì)象，

2、以振動(dòng)臺(tái)為主要研究手段，開(kāi)展了地震和降雨耦合作用下黃土邊坡失穩(wěn)研究。首先選取蘭州新區(qū)某一天然原狀黃土邊坡進(jìn)行了野外人工降雨滲透試驗(yàn)，研究降水滲透規(guī)律及邊坡不同部位土體強(qiáng)度變化規(guī)律，并以該試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，開(kāi)展振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)研究。本文設(shè)計(jì)并實(shí)施了天然黃土邊坡以及震前降雨、震后降雨等地震和降雨不同耦合情況下的邊坡模型試驗(yàn)。分析了不同條件下黃土邊坡模型自振特性、動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律以及變形演化與失穩(wěn)破壞過(guò)程的差異性。通過(guò)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)確定黃土邊坡在地震和降

3、雨耦合作用下的失穩(wěn)判據(jù)，提出了地震和降雨耦合作用下低角度黃土邊坡穩(wěn)定性與失穩(wěn)危害性預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)模型，并對(duì)地震和降雨耦合作用下黃土邊坡的失穩(wěn)破壞機(jī)理進(jìn)行了探討。本文主要結(jié)論與創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　1.通過(guò)自主研制的人工降雨設(shè)備，實(shí)施了野外人工降雨滲透試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，黃土邊坡在無(wú)特殊下滲通道的情況下，降雨滲透的范圍有限。滲透前鋒深度范圍以內(nèi)的土體飽和度在30％～70%之間變化，很少超過(guò)70%。滲透深度越深，對(duì)應(yīng)的上部土體飽和度也越大。由于

4、降雨后邊坡不同部位土體飽和度的差異性，抗剪強(qiáng)度也會(huì)出現(xiàn)很大變化，降雨滲透前鋒以上10cm至邊坡表面，土體強(qiáng)度降低較多，平均降低約42%。前鋒以上10cm范圍，土體強(qiáng)度降低較少。前鋒以下，土體強(qiáng)度逐漸恢復(fù)到天然狀態(tài)。
　　2.黃土邊坡在不同降雨條件下，由于表層土體重度、抗剪強(qiáng)度的變化使其動(dòng)力穩(wěn)定性發(fā)生很大改變。若遭受地震作用，失穩(wěn)臨界加速度與破壞形式就會(huì)有很大差異性。通過(guò)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，直觀驗(yàn)證了黃土邊坡在地震和降雨不同耦合情況下的臨界

5、失穩(wěn)加速度與宏觀破壞形式。天然狀態(tài)下（降雨量為0，低含水量）其臨界失穩(wěn)加速度為1000gal，主要破壞形式為坡肩拉裂破壞。當(dāng)降雨量達(dá)到一定程度，如10mm時(shí)，其地震失穩(wěn)的臨界加速度就會(huì)迅速降低，700gal就會(huì)出現(xiàn)邊坡上部失穩(wěn)破壞，坡頂震陷為主要破壞形式。隨著降雨量的增加，地震失穩(wěn)的臨界加速度逐漸降低，當(dāng)降雨量達(dá)到100mm時(shí)，600gal地震動(dòng)作用就會(huì)出現(xiàn)黃土液化滑移現(xiàn)象。
　　3.中強(qiáng)地震作用后的低角度天然黃土邊坡，坡體中上部

6、位會(huì)出現(xiàn)數(shù)條小型裂隙。在降雨初期，原裂隙規(guī)模隨降雨量的增加快速擴(kuò)展，裂隙數(shù)量快速增多。但隨著降雨量的持續(xù)增加，雨水對(duì)邊坡土體的侵蝕速率加快，當(dāng)有地表徑流產(chǎn)生時(shí)，地表徑流所攜帶的黃土泥沙又對(duì)裂隙起到充填“焊接”作用。這說(shuō)明中強(qiáng)地震作用后，如果僅在邊坡表面產(chǎn)生小型裂縫，正常降雨條件下低角度黃土邊坡發(fā)生滑坡的可能性很小，震后黃土邊坡在雨水作用下裂隙逐步愈合，穩(wěn)定性逐漸恢復(fù)。
　　4.不同降雨條件下，黃土邊坡地震失穩(wěn)破壞機(jī)理不同。對(duì)于低含