高边坡黄土的损伤扰动机理及滑坡灾害应急对策

由于黄土变形敏感，结构性强，形成原因多样，造成高陡边坡广泛分布且地质构造复杂，致使滑坡灾害频发且形成原因复杂。随着西部大开发，具有不良地质构造和黄土分布区域的工程建设日益增多，由此解决受地震、高速铁路等不规则动载引起黄土高边坡失稳的工程问题迫在眉睫。本项目基于大量的试验研究，在现有研究的基础上，深入探讨黄土结构性损伤扰动机理，考虑黄土较强的水敏感性及结构性，建立可以预测黄土强度变形特性的本构模型，基于统一强度理论研究复杂应力状态下中间主应力对黄土特性的影响；根据损伤理论分析黄土的结构性参数，建立黄土的三维结构性损伤本构模型；结合扰动状态概念研究黄土的相对完整状态和完全破碎状态模型，确定反映黄土结构性变化的扰动函数，建立非饱和黄土的三维结构性损伤扰动模型；进而建立不规则动载下考虑累积残余应变的动本构模型，并进行试验验证，为地震、高速铁路等动载诱发高边坡黄土滑坡灾害应急对策的研究提供一定依据。

由于黄土变形敏感，结构性强，形成原因多样，造成高陡边坡广泛分布且地质构造复杂，致使滑坡灾害频发且形成原因复杂。黄土台塬是黄土地区典型的地貌特征，塬边多为高陡边坡，极易发生崩塌和滑坡地质灾害。随着西部大开发，具有不良地质构造和黄土分布区域的工程建设日益增多，由此解决受地震、高速铁路等不规则动载引起黄土高边坡失稳的工程问题迫在眉睫。本项目基于大量的试验研究、实地考察、现场测量，对滑坡体黄土进行了一系列的室内物理和力学性质试验，分析了高陡黄土边坡滑坡的发生过程和破坏机制。在现有研究的基础上，深入探讨黄土结构性损伤扰动机理，考虑黄土较强的水敏感性及结构性，建立可以预测黄土强度变形特性的本构模型，基于统一强度理论研究复杂应力状态下中间主应力对黄土特性的影响，结合实际黄土塬滑坡体，建立三维计算模型，分析中间主应力、地下水位及渗流对高边坡的稳定性的影响。根据损伤理论分析黄土的结构性参数，建立黄土的三维结构性损伤本构模型；应用统一强度理论对修正剑桥模型进行了三维化，并运用非相关联流动法则推导了三维修正剑桥模型的增量式本构关系，并进行试验验证；进行了基于统一弹塑性有限差分法的真三轴数值模拟和复杂应力状态下各向异性强度准则研究；将饱和-非饱和渗流场统一起来，建立了饱和-非饱和渗流方程。对土石坝在非饱和、非稳定渗流作用下，不同水位下降速度对上游坝坡可靠性的影响进行了研究。基于动三轴试验，研究在考虑累积塑性应变下，动本构模型的适用性，进而分析等向固结和偏压固结、固结围压、波形和排水条件等因素对黄土骨干曲线的影响。建立不规则动载下考虑累积残余应变的动本构模型，并进行试验验证。针对微型桩在边坡支护工程中的应用，结合某大型微型桩支护边坡的现场试验规模，建立计算模型，基于有限差分方法，进行了微型桩支护边坡的影响因素数值分析研究。本项目研究成果为地震、高速铁路等动载诱发高边坡黄土滑坡灾害应急对策的研究提供一定依据。研究成果在理论上具有创新性，在工程问题上具有实用性。