水力激发下溃散型粗粒土滑坡级配效应研究

Due to the great hazards resulted from the diffuse-landslides with the characteristics of the bursting and fluidity probability, the studies on its formation conditions and instability mechanism are very significant. In order to improve the situation having superficial understanding about the effects of the grain size gradation，the hydraulic function and internal mechanism, based on the soil characteristics of the cases already happened in the laboratory, this project will use the physical modeling experiment with the controllable hydraulic condition at the trailing edge of the flume and the micron-sized CT scanner, based on the combinations of grain size gradation， density and hydraulic action combinations , research the effects of the grain size gradation and formation conditions in depth. Meanwhile we use improved inclinometers and Rare Earth Elements (REE) tracer method to monitor the evolution process of the soil mass from meso to macro. In conclusion we get the formation conditions under which the diffuse coarse-grained soil landslides break out, build critical state, and attempt to unearth the microscopic mechanism, with the final aim to serve the preventing disasters and reducing damages and monitoring and early warning.

具有突发性和流动性特征的溃散性滑坡致灾的可能性较大，研究其形成条件和失稳机理具有重大的现实意义。针对对溃散型粗粒土滑坡级配效应、失稳的水力条件和土体演化的微观机理认识不清的现状，本项目拟以室内已发生溃散型失稳的土体物理特征配置为基础，以后缘汇水可控式水槽试验、微型CT扫描实验为主要研究手段，制配不同的颗粒级配、密实程度和水力条件组合，研究溃散型滑坡的形成条件和级配效应；以改进的微型内部位移计为主要监测手段，结合稀土元素示踪法探究溃散型滑坡孕育、启动、发展过程中土体的细-宏观演化规律，以求获得溃散型粗粒土滑坡的级配效应和形成条件，建立溃散型粗粒土失稳的临界状态模型，揭示失稳演化的微观机理，为该类滑坡的防灾减灾和风险评价提供科学的依据。

溃散性失稳破坏是指由松散颗粒材料构成的堆积体在底部饱水条件下整体突发性启动和流态状运动的现象，此种破坏方式容易发生在黄土地区、松散碎屑堆积区、风化砂发育区以及露天开采的弃渣堆积区。由于该类破坏发生突然，且破坏前无明显的征兆，往往造成灾难性的后果。目前，国内外学者对溃散性失稳破坏展开了大量的研究工作并取得了一些成果，但对于溃散性失稳破坏的形成条件和成因机理研究较少，尚未形成统一的认识和理解。本研究以粗颗粒土堆积体为研究对象，首先通过室内土工试验获取试验土体的基本物理性质；然后以粗颗粒土体中的细粒含量、土体的密实度作为控制变量进行室内水槽试验，通过试验现象和各类传感器数据确定粗颗粒土溃散性失稳破坏的形成条件和形成规律；最后研究各控制变量对粗颗粒土溃散性失稳破坏的影响及微观机理。主要结论如下：1）坡体的细颗粒含量和密实度只有在一定范围内，才会发生溃散性失稳破坏，细粒含量在27%~36%之间，土体处于相对松散状态（27%细粒含量下约Dr≤0.3、36%细粒含量下Dr≤0.4）。2）细颗粒在随着水流运动过程中并不会完全随水的渗出而流出，其会在沿程随水力梯度的降低而逐渐沉积下来；细颗粒运移并不会随坡向直线流出，其运移呈现为向前的发散状；细颗粒的运移、沉积与优势水流有关，水流越大能带走的颗粒越多，沿程受大颗粒阻碍沉积的颗粒也就越少。3）密实度的不同会导致坡内细颗粒运移情况不同，进而使得溃散性破坏时孔压激增原因有所差异。随着密实度的增加，存在一个临界密实度使得细颗粒运移状态由侵蚀运动向沉积堵塞转换。