污染黄土边坡浅层致灾机理及失效判据研究

The study of instability mechanism on loess slope was a tradition and front topic program. Researchers have indicated that temperature and chemistry are the active factors which affect the stability of slope. Along with the increasing demand for human activities and construction, loess would be infestation by frost action and chemical solutions. The engineering properties of loess have complex changes with environment deteriorate, which undoubtedly have a significant impact on the slope stability. This project intends to find out the engineering mechanical properties and microstructural characteristic of loess under the coupling action between the freezing-thawing cycles and pore water chemistry environment. We would establish the analysis model which based on the shear strength reduction(SSR)technique, and simulate analysis the instability mechanism and movement process on shallow layer of loess slope under coupling two kinds of factors. Next, the long term stability mechanism and instability criterions on contaminate loess slope would be refined. The purpose of project has an important and significance guidance to engineering remediation and long term stability analysis of loess slope,which also could keep safety on engineering buildings operation in cold and arid regions.

黄土边坡的失稳机理研究是岩土工程中即传统又前沿的课题之一，已有研究结果表明温度和化学是影响边坡稳定性的活跃因素。随着人类活动和工程建设的不断需求，黄土边坡土体受冻融作用和水化学溶液的侵扰，进而使黄土的工程性质随之产生相关联的复杂变化，这无疑会对边坡的稳定性产生重大影响。基于此，本项目拟以冻融循环作用和孔隙水化学环境耦合作用下黄土体工程力学性质和细观结构性特征演变过程为具体研究对象，提出描述两种因素耦合下的黄土体工程性能参数的定量演变规律，并结合黄土体细观结构性的变化特征，建立基于有限元强度折减法的计算分析模型，模拟分析两种因素耦合下的黄土边坡浅层土体的失稳机理和运动过程，深入研究冻融作用下污染性黄土边坡的长期稳定性及其演变机制，最后提炼形成污染黄土边坡冻融失稳的预测判据。本项目对黄土边坡的工程整治和长期稳定性分析，以及对保障寒旱区工程建筑物的安全运营都具有重要的指导作用和基础性意义。

基于陕西省典型地区的大气降水水化学分析，结合黄土地区独特的工地质水文地质条件，课题组通过理论和试验分析了典型性污染黄土的一般力学、工程和水理学参数及其在污染条件下的演变结果，并结合实际工程情况，得到了以下几点结论：.1.孔隙水酸碱度改变了湿陷性黄土的表征，使得原先并不湿陷或者湿陷性较弱的黄土出现了湿陷系数增大的趋势，并呈现出使湿陷起始压力减小的特征；2.经过污染的土样内摩擦角都随污染液浓度的增大而增加，表明着孔隙水污染经一步磨蚀颗粒表面，使得颗粒表面粗糙度进一步加剧；3.酸、碱污染诱发进一步的额外变形，且发生最大压缩变形的压力区间不同。压缩模量、体积压缩系数和压缩模量等压缩指标随着压力的增加都呈现规律性变化，且在不同压力区间表现的峰值不同，即有不同的敏感压力区间；4. 原状黄土抗拉强度随着含水量增大呈一定的幂函数规律减小；5.经不同溶液处理后黄土的渗透系数明显降低。渗透系数与酸溶液浓度呈现为负相关，进一步从微观结构层面分析了污染黄土骨架排列、颗粒形态以及孔径大小的改变，合理解释了污染土渗透性的影响机制。6.通过分析黄土边坡滑坡孕育特点，建立了符合含裂缝黄土边坡滑坡得计算模型，提出了包含抗拉强度在内边坡稳定性计算方法。.基于上述室内实验结果和理论分析结果发现，孔隙水污染对典型黄土的微观结构产生了额外的影响，进一步削弱了黄土体的强度和变形特征，产生了附加的工程灾害，为黄土地区地质灾害和工程稳定性演变提供了数据支撑和新的分析思路。