工程活动影响下土石混合体滑坡形成演化的结构控制机理研究

Soil-rock mixture (S-RM) is a widely distributed special geological material. It composes of loose rock and soil materials and has become an important carrier of mountain geologic hazard. The complex structure of S-RM is the key to its special physical and mechanical properties.This project aims to carry out a systematic research on the mechanical properties of S-RM and its structural control mechanism to landslide formation and evolution, based on the detection and quantification of the real geological structure of the landslide.Firstly, the 3D geologic structure of slope will be obtained by Geophysical Prospecting-Trenching Method(GPTM), and the S-RM structural properties in different causes will be induct.Then, based on mechanical property test, physical simulation method and numerical analysis in different scales, the law of S-RM structure change and physical mechanical effects under the influence of stress and water will be studied, to interpret the control mechanism of crucial structure factors to randomness of the strength characteristics and nonlinearity of the permeability, such as rock proportion, soil-rock shape, matrix composition and internal soil-rock granularity composition.To provide scientific basis for S-RM slope stability evaluation and disaster prevention, methods to obtain strength parameters, considering S-RM scale effect, will be present. The law of S-RM deformation and destruction on different geological environment will be analyzed. A typical constitutive mode will be proposed, and a structure-controlled assessment method for typical S-RM landslides will be establishment.

土石混合体是一种土－石混杂、分布广泛、性质特殊的地质体，也是众多山区滑坡的重要载体，而复杂的土－石结构则构成了此类介质物理力学性状特殊、滑坡防治困难之关键。本项目拟从滑坡的真实地质结构探测和量化入手，对土石混合体力学性状及其在人类工程活动影响下诱发滑坡的结构控制机理展开整体研究。首先，采用"探窗组合法"确定斜坡的三维地质结构，并对不同成因土石混合体的结构特征进行归纳，然后，通过不同尺度下的力学试验、物理模拟和数值分析，研究工程加卸载和水位变动条件下土石混合体的结构变化规律及其物理力学效应，阐明含石率、块石形状、基质组分、土－石级配等关键因子对其强度特征随机性以及渗透特性非线性的控制作用，提出考虑土石混合体结构性和尺寸效应的强度参数获取方法；分析不同工程活动形式下土石混合体的变形破坏规律，建立基于结构控制的典型土石混合体滑坡稳定性评价方法，为土石混合体滑坡防治提供科技支撑。

本项目共历时5年，主要采用"探窗组合法"、不同尺度样品或模型的力学试验、物理模拟和数值分析等手段，围绕工程活动影响下土石混合体滑坡形成演化的结构控制机理展开了深入研究，按计划完成了各项研究任务，共发表论文38篇，其中SCI检索收录论文 23篇，EI检索收录论文 11篇，核心期刊论文4篇，申请发明专利4项。.这些成果主要涵盖了如下几个方面的显著进展：（1）提出并初步实现了基于“探窗组合技术”的土石混合体斜坡隐伏结构的精细化探测，为最终建立真实的土石混合体滑坡三维地质模型提供了技术途径和应用示范；（2）通过不同结构土石混合体的大型伺服控制压力渗透仪试验和不同工况的渗流特性模拟，系统揭示了土石混合体非线性渗流的结构控制规律及其流场特性，建立了土石混合体非线性渗流计算模型，并提出了土石混合体抗渗变形的优化设计方法；（3）通过室内试验和数值模拟，分析了不同结构要素对土石混合体强度特性的影响，获得了土石混合体变形破坏的声学特性及其演化规律，展现了土石混合体细观损伤开裂过程及其发育条件，系统揭示了土石混合体细观结构的演进规律及其对宏观力学特性的控制作用，提出了不同结构状态下强度参数的正确获取方法；（4）通过室内物理模型试验和数值模拟，研究了不同特性基覆面对土石混合体斜坡变形破坏的制约作用，揭示了基覆面粗糙度、角度及形状对土石混合体斜坡稳定性的控制规律；（5）通过模型试验及数值模拟，分析了块石/基质强度差异对土石混合体边坡中裂缝扩展的影响，重现了不同块石结构影响下的土石混合体斜坡基质变形-结构演化-整体失稳的破坏演进全过程，为全面建立基于真实土石结构和非线性本构关系的新一代土石混合体滑坡预测预警体系奠定了理论基础。.综上，通过本项目的顺利开展，一方面丰富、完善并提高了土石混合体结构力学研究的理论基础；另一方面为工程活动影响下土石混合体滑坡的防治提供了更精细化的预测预警新途径。因此，本项目的研究成果具有重要的理论与实际意义。