黄土滑坡双层复合滑动液化机理研究

It is very important and significant to study the complex mechanism of the double layers composite sliding liquefaction that occurs in the loess landslide. By taking the large-scale ring shear test as the major approach and integrating with the modern visualization digital imaging techniques, this project carries out the experimental and theoretical research on the double layers composite sliding liquefaction phenomenon occurred during loess landslide. Through the test and PFC (Partical Flow Code) numerical simulation analysis based on the discrete unit theory, this project will study the changing rules and interaction relationship between the micro structure of soil mass and the pore water at sliding zone (surface) during the contacting and sliding process of loess with other liquefied soils..By analyzing the generating condition and the characteristics of double layers composite sliding liquefaction, the mechanism of the double layers composite sliding liquefaction will be further revealed. According to the differences of the liquefied materials and the geological conditions, the double layers composite sliding liquefaction model specific to typical loess landslide will be established, which can reflect the shear mechanical properties of different soil masses. At the same time, the ring shear test and the micro measurement techniques suitable for the study on the shear mechanical characteristics of heterogeneous soil masses and the landslide mechanism will be explored, which not only provide the theoretical basis but also create the new research approach for the sliding disaster prevention and control.

目前对于导致黄土滑坡发生高速远程运动的双层复合滑动液化现象尚缺少系统深入的研究。本项目以大型环剪试验为主要手段，结合现代可视化数字图像观测与分析技术，对黄土滑坡滑动过程中产生的双层复合滑动液化现象进行试验和理论研究。通过试验以及基于离散单元理论的颗粒流数值模拟分析，研究黄土在与其它液化土体接触滑动过程中，滑带(面)处土体细观结构和孔隙水变化规律及其相互作用关系，分析双层复合滑动液化产生的条件和特征，进而从宏观和细观角度揭示黄土滑坡双层复合滑动液化发生机理。按照液化物质组成和地质条件的差异，针对典型黄土滑坡建立能够反映不同土体间剪切力学特性的双层复合滑动液化模型。通过本项研究不仅能够推动土力学理论中有关异质土体间剪切力学特性的研究，并且为地质灾害防治理论提供研究依据，因此具有重要的学术意义和工程应用价值。

在国家自然科学基金的资助下，本项研究针对黄土滑坡复合滑动液化现象开展了试验和理论研究。通过对陕西泾阳南塬滑坡黄土、河流阶地砂土在不同剪切速率、不同含(排)水状态和不同应力条件下的剪切力学特性等的研究，揭示了具有滑动液化特征的典型黄土滑坡滑动过程中不同性质土体力学性质的变化规律、特点和模式，及其对高速远程黄土滑坡滑动过程的影响作用和力学机理。1.在连续快速剪切条件下，饱和黄土、干燥黄土和干湿双层黄土具有相似的剪切力学特性，均表现出应变软化特征。但在抗剪强度和峰后应力降低程度等方面表现出显著的差异。2.研究显示，泾阳南塬滑坡干燥黄土抗剪强度变化主要是受黏土颗粒间摩擦(阻)力作用、颗粒运移与定向排列以及剪切面形态的控制。饱和黄土抗剪强度变化主要受土黏聚力的控制并受水的影响作用。双层干湿黄土抗剪强度变化主要受黏聚力与内摩擦角的共同作用；其剪切力学特性的变化与干、湿黄土接触面处形成的具有一定厚度的混合土层性质有关。3.泾阳南塬滑坡河流阶地砂土的剪切力学特性受剪切速率、应力状态以及排水条件的显著影响作用。在不同排水条件下(部分排水、充分排水)，河流阶地砂土的抗剪强度产生明显变化和差异。4.不同排水条件下由河流阶地砂与黄土组成的异质土表现出不同的剪应力变化特征。由河流阶地砂与黄土组成的异质土在连续剪切条件下的力学性质变化主要有两种模式，并且与两种性质迥异的土体在相互接触剪切面处的土颗粒相互作用和排水状况有关。5.建立了能够模拟土在环剪条件下剪切过程的颗粒流环形剪切模型。数值模拟结果所得剪应力变化趋势与实际环剪试验剪切应力变化趋势相符。.通过本项研究，揭示了陕西泾阳南塬黄土滑坡黄土与河流阶地砂土在连续剪切过程中剪切力学性质的变化规律及其产生机理。通过本项研究不仅能够推动土力学理论中有关异质土体间大剪切力学特性的研究，并且可为地质灾害防治理论提供研究依据，因此具有重要的科学意义。