基于界面层理论的土石混合体边坡失稳机制与预警研究

Subject to the earth-rock aggregate slope and mountain airport construction of high fill project as the background, Firstly，Aimed at the characteristic of earth-rock aggregate , which includes different content and gradation composition，and interface characteristics of physics, mechanics, slope engineering mechanics behavior. The sample testing, mesoscopic testing, theoretical analysis and other comprehensive research methods will be used. Secondly, Considering the earth-rock aggregate gradation composition, stress level, shear rate and the characteristics of contact surface and other factors，Large-scale direct shear test system，and mesoscopic physical characteristics testing technology ,such as ultrasound scanning microscopy (C - SAM), particle size distribution analysis, three-dimensional video microscopy, will be used to intensive study the physical and mechanical properties of earth-rock aggregate, the geometrical characteristics of the contact surface and interface layer, aggregate gradation change and mechanical properties of interface layer . Then, considering the soil-rock-mixture characteristics and load conditions or other factors, the influence of interface layer physical properties and mechanical properties will be researched. And, a typical gradation composition of earth-rock aggregate will be established, especially the constitutive relations of interface layer. Finally, In the process of the earth-rock aggregate slope instability, the basic theoretical problems, including interface layer formation mechanism, basic properties, influencing factors and mechanical effects , will be clarified. This will lay a foundation for the slope instability mechanism analysis and the effective early warning of landslide disaster.

课题以土石混合体边坡及山区机场高填方工程建设为背景，针对土石混合体的特性、不同土石含量和级配构成的土石混合体接触面物理、力学特征以及边坡工程力学行为，采用试样试验、细观测试和理论分析等综合研究方法；考虑土石混合体级配构成、应力水平、剪切速率以及接触面特征等诸因素；应用大型直剪试验系统，超声扫描显微（C-SAM）、颗粒级配分析、三维视频显微等细观物理特征测试技术和方法；深入研究土石混合体的物理力学特性、接触面和界面层的几何特征、界面层内土石混合体的级配变化和力学性质；研究土石混合体特征、荷载条件等因素对界面层物理、力学性质的影响及其规律；建立典型级配构成的土石混合体，特别是界面层的本构关系，基本阐明土石混合体边坡失稳孕育过程中界面层形成机理、基本性质、影响因素及其力学效应等基础理论问题，为边坡失稳机制分析和滑坡灾害的有效预警奠定基础。

课题以土石混合体边坡及山区机场高填方工程建设为背景，针对土石混合体及其与结构面相互作用的物理力学特性和工程力学效应的科学问题，旨在建立土石混合体细观结构与宏观力学行为之间的联系，掌握土石混合体强度特性的工程尺度效应和多因素下土石混合体界面层的形成机理和细观力学行为，为土石混合体边坡稳定性评价提供科学依据。采用大型物理试验、细观测试和理论分析等综合研究方法，探究级配构成、应力水平、含水率以及接触面特征等诸因素下土石混合体及界面层的宏细观力学特性和演化规律。课题研究内容主要包括（1）土石混合体的级配特征及其力学效应；（2）土石混合体的破碎特性与细观机理；（3）土石混合体与结构面相互作用的界面层效应与细观表征；（4）土石混合体细观力学模型的建立。课题深入研究了土石混合体的天然级配特征与分形特性，获得了变化下土石混合体强度包络线的经验预测公式，建立了考虑工程尺度的土石混合体的整体强度计算方法；揭示了荷载和级配条件对土石混合体破碎特性的影响规律，基于宏观剪切强度特性确定了考虑破碎的土石混合体细观强度准则；阐明了应力、级配、含水量、法向应力以及界面粗糙度等条件下变化下土石混合体与结构面相互作用的界面层效应与宏细观力学特性；基于创新设计的复写体系界面层细观测试技术，表征了界面层的形成过程、颗粒运移规律、厚度演化等细观力学行为，定量分析了含石量、含水率等因素对于界面层变形的影响程度；采用下移结构面得到了揭示粗糙度和土石混合体级配对界面层形成过程的影响机制；以细观夹杂理论为基础，建立了土石混合体细观平均应力的计算方法，阐明了土石力学差异、含石量等因素对于土石应力和损伤基质的一般影响，建立了考虑基质强度随机性的土石混合体强度预测方法。课题研究成果为进一步揭示土石混合体力学特性、丰富岩体力学评价具有积极意义，对高填方边坡设计和防护提供了重要指导。