2018年04月21日 星期六

太阳集团所有网址16877在非饱和黄土斜坡水文响应及启滑机理研究方面取得系列成果

作者:孙萍 王浩杰 发布时间:2021-11-10

降雨诱发的浅层黄土滑坡是我国黄土高原目前最为常见、发生频率最高、危害性最强的灾害类型之一(图1)。2021年7月至10月,甘肃、陕西、山西等地强降雨诱发了数万起浅层黄土滑坡,给当地人民造成了巨大的灾难和财产损失,因此该类滑坡的研究依然是黄土灾害领域内的永恒科学课题。

图1 降雨诱发的典型浅层黄土滑坡

本研究以陕西泾阳南缘典型浅层黄土滑坡为研究案例,分别开展了小雨、中雨和大雨3种雨强等级的大尺度现场降雨试验(图2)。通过分析坡体内体积含水率、基质吸力和土体应力的变化,初步揭示了降雨作用下非饱和黄土斜坡的水文响应和浅层黄土滑坡的失稳机制,探讨了黄土吸力强度对斜坡稳定性的影响。

图2 现场降雨试验布置

研究结果表明:(1) 连续降雨48小时后,在小雨、中雨和大雨条件下,黄土斜坡的入渗深度分别约为0.2m、0.4m和0.6m;坡体体积含水率变化和水分渗流速度随降雨强度的增大而增大,降雨强度仅在时间尺度上影响斜坡变形破坏的发展,对斜坡破坏模式的影响较小;在相同降雨强度下,坡顶和坡脚的渗流速度和体积含水率增长幅度较大。(2) 研究区黄土属于非饱和土,其初始基质吸力约50 ~ 60 kPa;降雨条件下土体基质吸力的变化可分为骤减阶段、稳定阶段和小幅回升三个阶段;基质吸力的减小幅度和减小速度随降雨强度的增大而增大;土压力的变化规律与体积含水率的变化规律基本一致(图3)。(3) 由于斜坡表面发生蠕滑变形,坡肩拉张裂缝发展较快,拉裂缝的出现是滑坡失稳的重要条件,坡肩的拉张变形破坏是控制黄土滑坡发生的关键因素(图4)。(4) 研究区黄土的初始吸力强度约为5 kPa,初始吸力强度随土体内摩擦角和初始基质吸力的增大而增大,但吸力强度在抗剪强度中所占的比例是有限的(图5),其有限性决定了其衰减不是控制均质黄土斜坡失稳的主要因素。(5) 针对泾阳南缘群发性的浅层黄土滑坡,提出了该类滑坡的四阶段演化模型(图6)。

(a)坡肩位置;(b)斜坡中部位置;(c)坡脚位置

图3 不同降雨强度下坡体表层体积含水率和基质吸力的演化关系

图4 降雨条件下黄土斜坡的变形及裂缝扩展

(a)孔隙水压力;(b)吸力强度;(c)摩擦强度;(d)抗剪强度;(e)安全系数变化;(f)选取分析的滑体土条

图5 非饱和土斜坡抗失稳强度的演化特征

(a)坡面侵蚀;(b)坡肩张拉裂缝的产生;(c)局部失稳和潜在滑动面的贯通;(d)后退渐进式破坏

图6 泾阳南缘黄土滑坡的失稳演化模型

该研究得到了国家自然科学基金(41472296)和中国地质调查局地质调查专项(DD20190717)联合资助。相关成果发表于工程地质学和地质灾害领域国际著名期刊《Engineering Geology》上。

Ping Sun, Haojie Wang, Gang Wang, Rongjian Li. 2021. Field model experiments and numerical analysis of rainfall-induced shallow loess landslides [J], Engineering Geology, 106411, ISSN 0013-7952。

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2021.106411.

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