三峡库区千将坪滑坡滑带非饱和土蠕变特性研究
众所周知，水是诱发滑坡最活跃的因素之一。千将坪滑坡位于三峡库区，滑坡发生于2003年7月13日，距三峡水库一期蓄水仅有43天；滑坡发生前期(2003年6月21日-7月11日)滑坡区持续降雨量达162.7mm。尽管不同学者对千将坪滑坡的形成机理认识不同，但是所有学者的共识是水在该滑坡的形成中起了极为重要的作用。对于三峡库区，水库蓄水和降雨是滑坡失稳的主要诱因，在库水位变动及降雨入渗条件下，一方面，滑坡土体在饱和与非饱和状态之间转化，土体的强度和变形具有非饱和土的特性；另一方面，滑坡变形发展大都经历了一个时间过程，还具有流变特性，因而，经典饱和土力学理论已无法描述在库水位变动及降雨条件下滑坡土体的力学行为。为此，在非饱和土力学及土流变力学基础上，本文提出非饱和土流变的新思路，以三峡库区典型滑坡—千将坪滑坡为研究对象，通过自制的能够控制基质吸力的非饱和土三轴蠕变仪开展滑坡土体非饱和土蠕变试验，揭示滑坡土体在水作用下的蠕变规律，构建能够定量描述水作用效应的非饱和土蠕变模型。研究成果对在降雨及库水位变动条件下滑坡长期稳定性评价和预测具有重要的理论意义和实际应用价值。
主要研究内容和成果如下：
(1)分析了三峡库区千将坪滑坡的地质特征及诱发机理；针对滑坡滑带土样进行了一系列室内物理力学特性试验，获得其基本物性指标及非饱和土抗剪强度参数，分析了该滑带土的抗剪强度特性及变形特性；
(2)利用自主研发的非饱和土三轴蠕变仪，采用陈氏加载法，开展了不同净围压，不同基质吸力，不同偏应力水平下千将坪滑带非饱和土三轴固结排水蠕变试验，得到分级加载蠕变曲线；通过陈氏处理法，得到全过程蠕变曲线，应力应变等时曲线，在此基础上，详细分析了各种曲线的特征；
(3)在试验基础上，借鉴饱和蠕变经验模型Singh-Mitchell模型的建模思想，并根据蠕变曲线随吸力变化的特点，定义了一种新的包含基质吸力的应力水平，将该应力水平反映到蠕变模型中，从而建立了包含吸力的非饱和土Singh-Mitchell模型。通过对模型参数与时间和应力关系的定量化分析，对已建立的非饱和土Singh-Mitchell模型进行了修正。最后，通过模型曲线与试验点的对比分析，发现曲线与试验结果基本吻合，说明已建立的非饱和土Singh-Mitchell模型能较好地描述千将坪滑带非饱和土的蠕变特性。
主要贡献及创新点：
(1)采用能够控制基质吸力的非饱和土三轴蠕变仪分别开展了三种净围压，六种吸力，六级偏应力水平下的非饱和土三轴蠕变试验，采用改进的Boltzmann叠加原理对试验数据进行处理，得到全过程蠕变曲线。目前，由于试验周期漫长，国内极少报道同时考虑不同固结应力，不同基质吸力，不同应力水平下的非饱和三轴蠕变试验，该项研究成果无疑为不同固结应力、不同吸力、不同应力水平下的蠕变机理研究提供了宝贵的试验数据。
(2)通过定义一种新的考虑基质吸力作用的应力水平来实现非饱和土蠕变经验模型的构建，为非饱和土模型的建立提供一种新思路。通过定量化模型参数与时间和应力的函数关系，建立了更符合实际的非饱和土蠕变经验模型，是对著名经验模型-Singh-Mitchell模型的一种修正，使该模型能更准确的分析和预测降雨及库水位变动条件下的滑坡长期稳定性。
三峡库区;千将坪滑坡;非饱和土蠕变模型;地质特征
三峡大学
硕士
水利水电工程
王世梅
2010
中文
P642.22
69
2011-03-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）