巨型低速滑坡滑带土蠕变行为与非线性本构模型研究

来源 :中国地质大学(北京) | 被引量 : 6次 | 上传用户:weiqiangting
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岩土体力学行为是控制斜坡稳定性和活动特征的关键因素之一,巨型低速滑坡的缓慢活动与其滑带土的蠕变性质密切相关。然而长期缓慢活动的历史表明这类滑坡滑带土的蠕变属于典型的残余状态蠕变,并非传统的峰值状态蠕变。对此,国外极少数学者开始关注,国内尚无研究涉及。本文以国内著名的两个巨型滑坡─甘肃舟曲锁儿头滑坡和泄流坡滑坡及其滑带土为研究对象,采用中型直剪蠕变试验和数值模拟相结合的研究方法,系统研究了角砾含量变化时富含角砾滑带土在残余状态下的蠕变行为及其内在机理,建立了描述含角砾粘性土的非线性蠕变本构模型;借助面向对象的C++编程在FLAC3D中嵌入自主研发的本构模型,并将其用于分析锁儿头滑坡的控制因素和活动趋势预测。系统的残余状态试验揭示,无论滑带中角砾含量多少,本次研究的滑带土均表现出明显的蠕变特性。当剪应力水平小于残余强度时,滑带土蠕变表现为衰减蠕变;当剪应力大于残余抗剪强度时,滑带土蠕变在经历减速蠕变后,突然进入非衰减蠕变并迅速破坏,稳定蠕变阶段极不明显。因此,残余状态下的长期强度(即临界剪应力)大于滑带土的残余强度。这可能与滑带土蠕变过程中的速率与残余状态前的剪切速率相比降低太多而出现的强度恢复以及蠕变过程中易破碎的炭质板岩角砾级颗粒的破碎相关。与这类滑带土残余强度随角砾含量增多非线性增大一致,滑带土的长期强度也随角砾含量增加而呈现非线性增大趋势,进入加速蠕变阶段的剪切位移以及进入加速蠕变阶段的剪应力与残余强度的比值RCSR均随砾石含量增加而增大,这可能由于随着角砾含量增加抵抗角砾级颗粒破碎需要更大的应力,同时也会产生更大的位移相关。而进入加速蠕变阶段的时间与角砾含量并无明显关系,可能是滑带土中角砾级颗粒的风化程度的差异性所致。基于残余状态下滑带土的蠕变试验结果以及滑带土蠕变行为特征,通过反演拟合,在传统西原模型的基础上引入非线性Bingham元件建立了适于含角砾粘性土残余状态下的蠕变行为的非线性蠕变本构模型─改进的西原模型。借助面向对象的C++在FLAC3D里将该本构模型进行二次开发,并验证了该模型的适用性。基于改进西原模型的FLAC3D对锁儿头滑坡的数值模拟结果揭示,滑坡在不同影响因素作用下的位移模式基本一致,而位移速率存在差异。通过对比各因素对滑坡速率的贡献程度发现,除组成锁儿头滑坡物质的蠕变性质外,断层活动和地下水位变动是控制锁儿头滑坡活动的主要因素,其中地下水位上升控制程度略大于断层活动,而白龙江江水侧蚀作用对锁儿头滑坡前缘活动状态有显著影响。通过极端条件预测发现,断层活动叠加地下水位大幅上升或VIII度烈度的地震作用时,该滑坡整体均可能出现大位移。
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