黄土塬边拉张裂缝扩展机制及对滑坡的影响效应研究

The landslide is the major type of geological disasters in Loess Plateau region. After a large number of case studies, we have come to realize that the opening and expansion of tensional cracks in the loess plateau edge is one of the key factors in the landslides formation in the Loess Plateau Edge. The opening of tensional crack is the starting point of landslide formation, tensional crack propagation and the divert role to water are the major exterior forces to landslide formation .But there are two key issues has not been well resolved, One is open mechanism the maximum depth of the cracks;The second is the landslide formation mechanism on the conditions of large amount of surface water quickly poured into the slope through tensional cracks.The physical model test will be carried out to simulation tensile stress environment and monitor the tensional cracks open and extended process during loess moisture content increases. Combining indoor loess the tensile test, the open and extend mechanism of tensional cracks will be studied. By laboratory experiments, theoretical analysis and numerical simulation method, coupling softening effect of water and the instantaneous high water head,the start mechanism of the high-speed loess landslide in the loess plateau edge will be revealed. The results will provide a theoretical basis for the stability evaluation and prediction of the high-speed of landslide in the loess plateau edge.

滑坡是黄土残塬地区最主要的地质灾害类型。经过大量的实例研究我们已经认识到，黄土塬边拉张裂缝的开启和扩展是黄土塬边滑坡形成的关键因素之一。拉张裂缝的开启是滑坡形成的起点，拉张裂缝扩展和对水的导入作用是滑坡形成主要的外营力。但是有两个关键问题一直没有很好地解决，其一是黄土塬边拉张裂缝是怎么开启的，其最大深度为多少？其二是地表水通过拉张裂缝快速进入坡体条件下滑坡的形成机制是什么？因此本项目拟开展物理模型试验，模拟拉应力环境下，监测黄土含水率增加时，拉张裂缝的开启和扩展过程，并结合室内黄土抗拉试验，研究黄土塬边拉张裂缝的开启与扩展机理。通过室内试验、理论分析和数值模拟相结合的研究方法，揭示水的软化作用和瞬时高水头耦合作用下黄土塬边高速黄土滑坡的启动机制。研究结果可为黄土塬边高速滑坡的稳定性评价和预测提供理论依据。

滑坡是黄土残塬地区主要地质灾害类型之一。经过大量的实例研究我们认识到，黄土塬边拉张裂缝的开启和扩展是黄土塬边滑坡形成的关键因素之一。拉张裂缝的开启是滑坡形成的起点，拉张裂缝扩展和对水的导入作用是滑坡形成的主要外营力。研究黄土塬边拉张裂缝的扩展机理，对于揭示黄土塬边高速黄土滑坡的启动机制具有重要的科学理论意义。. 项目对泾阳南塬和白鹿塬塬边拉张裂缝和滑坡开展了详细的调查、测绘、勘察和取样，测试了黄土的物理力学性质，提取了黄土塬边黄土物理力学性质参数，建立了可供定量分析的黄土塬边工程地质结构模型。.对不同含水率的黄土原状样开展了抗拉试验。结果表明黄土抗拉强度较小，干燥的泾阳地区马兰黄土水平方向的抗拉强度不超过15kPa，同时随着含水率的增大，抗拉强度急剧降低。. 发明了一种便捷高效的黄土物理试验模型制作方法和一种可消除模型箱侧壁摩擦阻力的物理模型试验模型箱，设计了基于黄土弯曲梁原理的黄土塬边拉张裂缝扩展机理模型试验，监测了拉应力变化规律和裂缝扩展过程。试验结果表明黄土塬边裂缝的开启与扩展取决于拉应力集中程度和坡体内黄土的含水率。. 基于室内试验、物理模型试验和数值模拟结果，分析了黄土塬边拉张裂缝的扩展对滑坡的影响效应。黄土塬边滑坡的形成，首先取决于坡脚遭侵蚀的程度，坡脚侵蚀坡脚变陡，坡顶拉应力的范围和数值逐步扩展，当拉应力超过黄土的抗拉强度时，塬边出现拉张裂缝；其次，拉张裂缝的向下扩展，导致了坡体内剪应力区的范围缩小，剪切应力集中；第三，地表水沿着拉张裂缝向下灌入，导致了坡体内剪应力区土体强度的降低，地下水位抬升，坡脚部位产生静态液化区。当坡顶的拉张裂缝、坡体中部的剪切破坏区和坡脚的静态液化区贯通以后，就形成了连续的滑坡面，形成滑坡。滑坡发生后又在滑坡后缘形成高陡的后壁，后壁上部为新的拉应力分布区，这也是黄土塬边滑坡递进式发展的主要原因。