摩擦增温诱发的边坡大规模滑塌机理研究

Large-scale catastrophic landslides are serious threat to human life and property. Engineers are familiar with the problem of slope stability,and they can predit when a slope is stable or not. However, there is still major uncertainty about why, or under what circumstances, a destablished slope can from a landslide of high velocity, becoming a catastrophic event. It is neccessary to investigate the collapse mechanism of some slope instabilities into catastrophic landslides. In the research proposal, field measurment, laboratory test, similarity simulation and theoretical analysis are to be used for the reserch. The relation between frictional heating produced while a saturated soil mass is sliding down a slop, and thermal expansion pressure induced by frictional heating is to be investigated, and the effects of thermal expansion pressure on permeability coefficient, shear strength and pore water pressure are to be investigated, and the constitutive model coupling the thermal expansion pressure and pore water pressure is to be established, and the catastrophic collapse mechanism is to be analyzed, and the failure criteria for saturated slope is to be estabilished, and the new evaluating method and monitoring method for saturated slope is to be estabilished.

边坡大规模滑坡事故的频频发生，给人民的生命财产造成了巨大损失。国内外学者对边坡的稳定性进行了大量的研究，而对边坡由不稳定状态演化为大规模滑坡的临界滑塌机理仍是亟待研究的难题。本项研究拟以红层边坡为研究对象，采用现场测试、室内试验、相似模拟、理论分析等方法；研究水饱和状态下的边坡，在临界滑塌过程中，夹层内的摩擦增温与其引起的热膨胀压力之间的关系，以及夹层内的摩擦增温引起的热膨胀压力与渗透系数、抗剪强度、孔隙水压力等物理力学参数之间的关系；建立水饱和状态下的边坡，在临界滑塌过程中，夹层内的摩擦增温引起的热膨胀压力与孔隙水压力耦合的本构方程；提出水饱和状态下的边坡，在临界滑塌过程中，夹层内的摩擦增温诱发的大规模滑坡灾变机理和破坏准则；建立水饱和状态下的边坡，在临界滑塌过程中，夹层内的摩擦增温诱发的边坡大规模滑坡灾变的评判新方法和监测方法。本申请项目所研究的问题在国内尚未见报道，具有较强的创新性。

为了探索边坡夹层大规模临界滑坡机理，本项目开展了摩擦增温对边坡夹层力学性状的影响及其破坏特征和破坏机理的研究，得到了如下研究成果：.（1）在温度相同时，膨润土含量较高的夹层试样，其粘聚力和抗剪强度随温度升高先急剧减小而后缓慢减小最后急剧减小；膨润土含量较低的夹层试样，其粘聚力和抗剪强度随温度升高而缓慢减小。在温度较低时，夹层试样内部土颗粒之间的微观结构力将遭到损伤和破坏。当温度升高至50°C以上时，夹层试样内部土颗粒之间克服微观结构力而产生滑移，导致其粘聚力再次急剧减小。.（2）温度引起夹层孔隙水压力增加导致其粘聚力、抗剪强度等力学参数降低。夹层孔隙水压力随温度升高呈现出先缓慢增加而后急剧增加的变化特征，但含水率低的夹层孔隙水压力急剧增加的起始温度高，含水率高的则与之相反。含水率低的夹层孔隙水压力急剧增加时，边坡上覆岩层产生了拉裂隙，随后裂隙逐渐发育，直至贯通上覆岩层而发生拉裂式的滑坡破坏；含水率高的夹层孔隙水压力急剧增加时，边坡上覆岩层与夹层之间产生了初次层间错动，随后经历多次层间错动而发生牵引式的滑坡破坏；边坡瞬时滑动速度和滑坡规模含水率高的夹层要比含水率低的大。.（3）将水饱和边坡夹层视为固-液两相的线弹性体，建立了热-孔隙水-力耦合的力学模型，得到了耦合控制方程。孔隙水压力系数和热压力系数是引起水饱和边坡夹层孔隙水压力增加的关键控制因素，孔隙水压力系数取决于孔隙排水压缩特性和固相介质压缩特性，而热压力系数取决于孔隙水热膨胀系数和孔隙体积热膨胀系数。孔隙水压力的理论计算结果与试验测试结果吻合良好。.（4）首次提出将粘聚力再次急剧减小的起始点视为夹层试样破坏的评价指标，将夹层孔隙水压力急剧增加的起始温度视为边坡滑坡失稳的判断指标。.因此，水饱和边坡夹层热-孔隙水-力耦合的力学模型能较好的反应孔隙水压力在加热升温过程中的变化特征，为科学地预测和控制类似边坡工程的稳定性提供了参考。