温湿交互作用下粉砂质泥岩边坡损伤演化及灾变机理研究

The mechanical properties of silty mudstone may deteriorate rapidly under temperature and humidity interaction, which results in silty mudstone slope unstable failure. But deep researches on silty mudstone damage mechanism and evolution characteristics of macro-mechanics under interaction of temperature and humidity are still lacking, which leads to a lack of the calculation of slope stability theory and control method. This project will carry out the following work aiming at the above problems: First, to reveal the silty mudstone slope’s statistical distribution of temperature and humidity and the spatio - temporal response of temperature and humidity to different climate in long – term by field monitoring, laboratory model test and numerical simulation. Then, reveal the damage evolution of silty mudstone under the interaction of temperature and humidity by making a chemical, meso and macro mechanics test of silty mudstone under the interaction of temperature and humidity, and establish a silty mudstone damage constitutive model considering the damage effects of interaction of temperature and humidity. At the same time, introduce in stress condition and time, combining the experimental and theoretical analysis results, propose the silty mudstone slope stability calculation theory which has together considered the damage effects under the interaction of temperature and humidity and unsaturated seepage. Finally, propose the slope stability controlling methods by analyzing the silty mudstone slope failure mechanism under single, multi-factor. The research results of this project have guiding significance to silty mudstone slope stability analysis and control.

温湿交互作用下粉砂质泥岩的力学性能劣化迅速，易导致粉砂质泥岩边坡发生失稳破坏。目前，虽在边坡开挖时采取了防护措施，但对温湿交互作用下粉砂质泥岩损伤演化过程的研究尚不深入，导致其稳定性计算理论及有效的控制方法仍未提出。本项目拟针对该问题开展以下工作：首先，通过现场监测、室内模型试验与数值模拟方法共同揭示粉砂质泥岩边坡长期温湿统计分布及对不同气候的温湿时空响应。其次，通过开展温湿交互作用下的粉砂质泥岩化学、宏细观力学试验，揭示温湿交互作用下的粉砂质泥岩损伤演化机理，并建立能考虑温湿交互损伤效应的粉砂质泥岩本构模型。同时，引入应力状态与时间两个因素，并结合试验与理论分析成果，提出能同时考虑温湿交互损伤效应与非饱和渗流影响的粉砂质泥岩边坡稳定性计算理论。最后，通过分析单、多因素影响下的粉砂质泥岩边坡失稳机制，提出有针对性的稳定性控制方法。本项目研究成果对粉砂质泥岩边坡稳定性分析与控制具有指导意义。

本项目以我国南方地区粉砂质泥岩路堑边坡为研究对象，从对温湿交互作用下粉砂质泥岩强度损伤劣化与裂隙演化、粉砂质泥岩强度参数获取、粉砂质泥岩边坡失稳模式与稳定性、粉砂质泥岩边坡循环渐进失稳防控等理论技术问题出发，综合采用理论分析、数值模拟和室内外试验等研究方法开展温湿交互作用下粉砂质泥岩边坡损伤演化及灾变机理研究。.(1)通过开展了粉砂质泥岩的含水率、吸水性、密度和毛体积密度等基本物理性质试验掌握了粉砂质泥岩的颗粒密度、毛体积干密度、孔隙率、吸水率、饱和吸水率、膨胀性及水岩特性，分析了吸水率、饱和吸水率、膨胀性、水岩特性与孔隙率的关系。.(2)开展了不同因素影响下的饱和-非饱和一维渗流试验，分析了粉砂质泥岩的非饱和渗流规律，及岩石孔隙率、温度、覆水高度以及渗流方向等因素对粉砂质泥岩的非饱和渗流规律的影响，并以Gompertz曲线模型为基础，建立了粉砂质泥岩非饱和下渗的含水率时空预测模型。.(3)开展了湿热交替作用下粉砂质泥岩单轴压缩及巴西劈裂实验，得到了粉砂质泥岩在温度作用、湿度作用及湿热作用下的纵波速、含水率及单轴力学性能变化规律，分析了纵波速、含水率与粉砂质泥岩单轴强度的关系。.(4)通过干湿循环作用下粉砂质泥岩三轴CT同步扫描试验，获取了不同湿热循环次数下、不同位置处的裂隙CT图像，分析了裂隙的时空演化规律。.(5)开展了完整及含裂隙粉砂质泥岩三轴试验，获取了完整及含裂隙粉砂质泥岩在不同条件下的三轴应力-应变曲线，分析了围压、加载速率对粉砂质泥岩三轴强度的影响，并且分析了含裂隙粉砂质泥岩在不同围压、不同裂隙倾角、不同裂隙连通率下的损伤规律。.(6) 建立了考虑粉砂质泥岩强度劣化与暂态水压力影响的边坡稳定性分析新方法；并基于粉砂质泥岩暂态饱和边坡稳定性分析方法开发了可准确搜索深层与浅层滑动面的粉砂质泥岩边坡稳定性计算程序。.(7) 提出了一种可提高粉砂质泥岩边坡稳定性、边坡生态效果及排水效果的粉砂质泥岩边坡新型生态防控关键技术，并将其应用于工程实际，验证该技术的处置效果。.本项目的研究成果可为粉砂质泥岩地区粉砂质泥岩边坡稳定性分析与控制提供技术支持，具有极其重要的学术和工程应用价值。