文摘
地震或循环载荷导致土的强度特性显著变化。这些变化,尤其是对滑带土,可能导致灾难性的泥石流。考虑到这一特点,探讨前循环荷载的影响滑带土的固结不排水三轴压缩强度与KTL三轴自动系统。之前我们的实验结果表明,循环荷载显著影响滑带土的强度行为饱和土壤。在不同围压下、周期时间和数量的周期,样品表现出应变强化的特点。偏应力小于循环加载条件下,在单调加载条件在不同围压下,周期时间和数量的周期。随着围压和循环周期的增加,破坏应力比率减少。轴向应变展品急剧上升,然后保持稳定在90年代的循环周期,而轴向应变显示数量的增加线性增加周期的循环周期下十围压力下100 kPa和400 kPa,分别。对数相关关系与应力比失败的循环荷载试验,初步验证了适用性的对数关系滑动带土受循环荷载之前,提供进一步的理论依据和指导对滑带土强度特性的理解。
1。介绍
湖北长江经济带位于长江流域的中心,是生态文明的出现的示范区。因此,它是至关重要的灾难性的机制和预防技术研究三峡库区滑坡灾害(TGRA)湖北长江经济区。循环应力振幅和加载序列对土壤影响土壤的特征(1- - - - - -4]。特别是,有一个紧急调查灾难性滑坡机制在循环载荷下,如大气降雨、水库水位的上升或下降,特别是交通载荷和地震。降雨入渗的影响周期上滑动质量主要体现在增加容重和减毒的动态过程基质吸力,两者都导致降低滑坡稳定性安全系数(5]。水库水位的上升或下降导致周期性浸润线的变化和影响地下水的渗流力6]。动态加载引起的高速公路和铁路的累积变形导致滑坡质量(7]。地震时,滑体产生横向和纵向惯性力的作用下地震加速度,最终导致滑坡(8,9]。此外,更高的级大地震可能产生滑坡的阶段累积失效变形微震下,这也导致积分滑动变形的倾向(10]。
滑带土的性质土壤控制滑坡的稳定性,很多原位和室内静强度试验进行了滑带土学者,包括直接剪切试验(11),三轴压缩试验12),环剪试验(13)、流变测试(14),和动态强度测试,如空心圆柱体测试和动三轴试验15]。监控数据(16]表明Huangtupo滑坡处于蠕变状态,和滑带土残余强度的状态。慢慢地滑动滑坡,滑带土残余强度的状态,通常是70%的抗剪强度17,18]。残余强度进一步降低地震的作用下(19]。从而迫在眉睫的是研究动态响应的滑带土残余强度状态,分析循环荷载下的灾难性滑坡的机理。
目前,有很多正在进行的研究三峡库区滑坡的形成机理。研究与长期循环荷载的影响,振幅小,和多频对滑带土残余强度状态,然而,稀缺。循环荷载可能引发更多的山体滑坡。因此,先前的研究结果的基础上,本文展示了实验研究进行了滑带土的强度和变形特性在不同围压下,不同的周期时间,和不同数量的周期,为了更好地解释Huangtupo滑坡的变形机制。
2。滑坡调查
Huangtupo滑坡位于新陵镇,湖北巴东县(图1)。据初步调查、详细调查和专家论证由长江水利委员会1992年,Huangtupo滑坡被证实是一种古老的大型滑坡堆积与复杂的历史,这严重威胁生命和财产的安全,附近的人20.]。因此,Huangtupo滑坡搬迁项目被巴东县2009年2月正式启动。这是2017年5月底完成;共有来自15713个家庭的4475人将从质量滑坡。房屋、购物中心、工作坊、滑坡和其他建筑物被拆除,只留下G348国道高速公路连接。还有公共汽车和卡车穿过马路全年,产生连续的循环荷载Huangtupo滑坡。
Huangtupo滑坡,形成的泥岩、泥质粉砂岩,石灰岩地层的三叠纪巴东的形成,是一个多级质量和滑坡地质灾害的质量由paleo-landslide积累质量。Huangtupo滑坡是由1号和2号沿着河河畔滑动质量分布。这个超级大超级深paleo-landslide沉积面积135.8×104米2和6934×10卷4米3。1号河畔滑动质量占用32.5×10的一个领域4米2,体积为2255.5×104米3平均厚度为69.4米,最大厚度为95.27米。2012年底,中国地质大学(武汉)建造了一个大领域全面测试网站在巴东县1号河畔滑动质量研究滑坡的演化机制,其中包括一个908米长的隧道主要和5测试分支不同长度的16]。隧道的马蹄铁形部分5米×3.5米。表面变形监测数据,测试隧道变形和深部变形在Huangtupo滑坡滑带土显示土壤受到低频和长期循环荷载下水库的行为水平上升或下降,交通循环荷载。因此,能够产生一种稳定性分析和变形演化的Huangtupo桩具有重要意义,研究滑带土的应力-应变关系在不同围压下,周期时间和数量的周期。
3所示。实验装置和材料
3.1。样品制备
在该测试中使用的示例是滑带土的3#测试的分支1号河畔Huangtupo滑坡的滑动质量,和它的基本物理力学性质指标如表所示1。XRD分析结果表明,滑动带土的主要矿物成分是方解石(30%)、石英(20%)、伊利石(29%)、蒙脱石(11%)、绿泥石(5%),和长石(5%)。滑带土的粒度分布曲线显示在图2,显示大量的粗粒度组滑带土的土壤。粗粒度组织发挥重要作用在机械行为(21- - - - - -23]。为了尽可能保留粗粒度组件,真正反映了滑带土的组成、样品直径61.8毫米和125毫米高度被选中。
样品的制备和饱和度在实验室进行,如图3。10公斤滑动带土的质量重,脱水,压碎,已筛达到最大允许粒径为6.18毫米。测量水分被风干后,所需的水量计算,样品纯化水均匀喷在干。土壤样本放入一个塑料水桶和密封24 h。在五层土壤样本称重和压实的干密度自然样本。每一层压实后到所需高度,表面粗糙,第二层土壤样本添加到最后一层压实。饱和器的一个示例是放置在一个吸入汽缸空气提取。当真空压力接近-101.3 kPa,真空控制状态持续了10 h,然后慢慢注入纯净水。饱和器时完全被水淹没,真空控制装置停止,提取的真空缸被释放,样品一直饱和24 h。
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3.2。测试程序
在测试使用的仪器是KTL三轴自动化系统由西安KTL仪器有限公司。仪器由一个马达控制加载框架、三轴压力室,负载和孔隙压力传感器、一个八路数据采集仪器、压力音量控制器,和其他组件,如图4。
(一)
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固结不排水三轴压缩试验条件单一载荷试验;测试程序如下:(1)计算B值,直到它等于或大于0.95。(2)整合。考虑滑动带土的埋深,封闭压力被设计成100 kPa, 200 kPa,和400 kPa,分别。加载速率是10 kPa /分钟。一旦封闭压力稳定,样品的排水速度监控。当排水速度小于0.01毫米3/分钟,主固结阶段完成。(3)关闭排水阀,启动电动机。偏压力= 3 kPa时,它意味着负载传感器与样品的接触。记录样品的轴向位移和计算高度整合。(4)加载和设置轴向应变率为0.06% /分钟,直到轴向应变达到20%。
至于循环加载,测试过程如下:(1)首先,确定抗剪强度。(2)当偏应力达到剪切强度的70%,循环荷载。循环荷载的振幅剪切强度的5%。(3)时期的10年代、60年代和90年代被选中作为不同循环周期循环荷载试验。周期是10的数字,100年和1000年,分别。(4)如果试样的轴向应变小于20%循环荷载后,继续加载标本0.06% /分钟的速度,直到轴向应变达到20%。(5)当剪切完成后,降低围压和孔隙压力为零,关闭电机,消除压力室盖,并描述失败后试样的形状。
具体试验方案如表所示2。
根据蠕变试验结果,残余强度(问r)确定滑带土的抗剪强度的70%左右(13]。当偏应力达到剪切强度的70%,循环应力应用于标本,应力幅值(问amp)抗剪强度的5%。随后,围压的影响(σ3),循环周期(T)和周期数(N)在滑动带土的强度特性进行了研究。
在固结不排水条件下,循环荷载可以改变孔隙水压力和滑动带土的内部结构,导致抗剪强度的降低。比较单调加载和多级加载的应力差,破坏应力比Rf被定义为如下方程,用于研究之前压力对滑带土强度特性的影响。 在哪里问f表明合并在单调加载和不排水抗压强度问cf固结不排水循环荷载下抗压强度条件表示。失败的循环应力比Rf可以反映循环荷载的影响滑带土的固结不排水强度。
典型的三轴试验方案如图5。测试过程可分为三个阶段:(I)静载荷与轴应变模式;(2)循环荷载与stress-controlled模式;(3)静态加载阶段和轴应变模式。
4所示。结果与讨论
4.1。单调加载试验
首先,进行了固结不排水三轴压缩试验条件轴应变得到应力-应变曲线和滑带土抗剪强度。围的压力100 kPa, 200 kPa,和400 kPa,应力-应变曲线如图6。应力-应变曲线清楚显示应变强化特征,没有明显的峰值强度的曲线。失败的压力(问f)通常是采取对应的轴向应变达到15%的偏应力。滑带土的抗剪强度饱和土壤三种不同的围压下219.70 kPa, 229.89 kPa,分别和252.19 kPa。当围压100 kPa和200 kPa,分别在轴向加载过程中孔隙水压力增加,这表明滑带土在contractancy的状态,和有效的抗剪强度是219.36 kPa和228.80 kPa,分别。然而,在围压400 kPa,孔隙水压力减少负值,表明滑带土在膨胀的状态,和有效的抗剪强度变得253.88 kPa。孔隙水压力的变化不明显的轴向加载的过程中,我们的目标是调查不同的周期时间和数量的周期的影响的剪切强度的角度总压力。
4.2。围压对应力-应变曲线的影响
单调加载和循环加载的试验结果(100周期)的滑带土在不同围压下如图所示7。对循环荷载,这显然不会改变滑动带土的应力-应变曲线类型,这显示了加工硬化型。然而,由于循环荷载的影响,动态应力水平低于静态应力水平。在进行循环荷载之前,执行静态加载达到剪切强度的70%。图7表明,轴向应变不超过3%时在不同围压偏应力达到剪切强度的70%。
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阶段我的加载同一围压下,静态加载曲线是相同的水平。在II期装货,应力-应变曲线取决于循环荷载的时期。周期是10时,应力-应变曲线几乎仍然是正弦。一段60年代和90年代,水平应力-应变曲线变化由稀疏和稠密,表明早期阶段的塑性应变循环荷载较大,和在以后的阶段弹性应变是显而易见的。第三阶段的加载,strain-strain曲线的循环荷载低于单调加载。显然,前循环荷载减少滑动区土壤承受荷载的能力。
失败的应力比随围压的增加而减小(图8)。抗剪强度和强度指数c和φ100次后滑带土表所示3在不同围压下的数量和周期。它可以观察到,滑带土在循环荷载的凝聚力降低13.94%∼21.81%,而内摩擦角增加1.69%∼35.81%。因此,循环荷载主要影响滑带土的内聚强度,使粘土颗粒滑动和重新排列,这降低了债券的粘土颗粒之间的摩擦力,增加粒子。
轴向应变之间的关系和数量的周期在不同围压下如图9。当循环周期T= 10年代,总时间Tt= 10×100 = 1000年代与循环100次,应变与循环次数曲线显示了不同围压下的线性增长。当周期时间T= 60年代,总时间Tt= 60×100 = 6000年代与循环100次,围压下的应变和循环曲线100 kPa衰减阶段和稳定阶段,而围压下的应变和循环曲线400 kPa显示线性增加。当周期时间T= 90年代,总时间Tt= 90×100 = 9000年代循环100次,应变与循环曲线可以分为两个阶段:一个衰减阶段和稳定阶段。100 kPa和400 kPa的围压力为例,曲线展品53和38循环载荷稳定阶段后,分别。除了循环周期的影响,循环荷载的总时间对样品的应变特性产生重大影响。
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4.3。循环周期对应力-应变曲线的影响
滑带土的应力-应变特征进一步研究土壤在不同循环加载和恒定围压的σ3固结不排水三轴压缩试验条件= 100 kPa,不同循环周期(10年代、60年代和90年代)和100年周期进行,如图10。可以看出,在相同的周期数(N= 100),短周期内导致抗剪强度下降,表明短周期期间减慢超孔隙水压力的消散和长循环周期加速超孔隙水压力的消散。
循环周期有重要影响的破坏应力比样本。增加相同数量的周期下的循环周期后跟减少失败的应力比样品对循环荷载之前,显示在图11。
以1000个周期为例,轴向应变累积曲线滑带土在不同循环周期图所示12(一个)。当标本受到加载时间的10年代,轴向应变累积几乎线性增加。加载时间的60年代导致轴向应变快速增长在100周期,紧随其后的是一个稳定的降低,趋于一个稳定的水平。当试样加载的循环周期下90年代,60周期内的轴向应变的增加迅速,然后慢慢减少到一个稳定的水平。图12 (b)显示了一个典型的动态应力-应变曲线N= 100,T= 90年代。样品的轴向应变是由弹性应变和塑性应变。长周期段,在加载的早期阶段,塑性应变明显下降,其次是弹性应变。但对于更短的循环周期,在整个加载阶段,塑性应变保持在同一水平,因为不利的超孔隙水压力的消散。
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4.4。周期数对应力-应变曲线的影响
围压的三轴固结不排水试验100 kPa和周期的0,10日,100年,1000次进行,目的是研究不同循环时间的影响滑带土的强度特性。获得的应力-应变关系如图13。当循环周期和应力幅值是固定的,在受到不同的周期,滑带土的应力-应变曲线仍然显示了加工硬化型。抗剪强度显示下降时更大的循环次数下的轴向应变达到15%。累积塑性应变随循环数的增加,但增长率逐渐减少。
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图14失败表明,应力比随着周期的数量增加。采取T= 90年代为例,失败观察到应力比增加了5.93%,10.54%,和12.13% 10后,100年,和1000年加载周期,分别。可以看出,之前的累积塑性应变循环加载应力比增加了失败。此外,超孔隙水压力的消散增加了有效应力和剪切强度的损失减少。
曲线的破坏应力比(Rf)的滑动带土的循环次数的函数(N)表明之间的关系Rf和N大约满足以下公式: 在哪里一个,b,c分别表示拟合参数。失败的对数关系与应力比和周期循环荷载试验,初步验证了适用性的对数关系滑动区土壤特性受到交变载荷的影响,为进一步提供理论依据和指导对滑带土强度特性的理解。
5。结论
为了调查之前的循环荷载的影响滑带土固结不排水三轴压缩试验条件下应力-应变行为,一系列单调加载和循环加载测试设计和执行的基础上KTL三轴自动系统。土的强度和变形特征样本进行不同围压、周期时间和深度分析的周期数。结论如下:(1)滑带土的固结不排水三轴压缩试验条件参与不同的周期时间和数量的周期之前,单调加载和循环加载的应力-应变曲线表现出应变强化特征。(2)偏应力的循环荷载小于不同围压下的单调加载,因为之前的循环应力。随着围压的增加,破坏应力比例减少,表明之前的循环荷载的作用下抗剪强度削弱更高的应力状态。(3)曲线的轴向应变与循环次数的,轴向应变第一展览急剧上升,然后保持稳定的循环周期下90年代,总时间Tt= 90×100 = 9000年代循环100次。但轴向应变显示随着周期数的增加线性增加的时期下10年代,总时间Tt= 10×100 = 1000年代与循环100次。轴向应变积累不仅受到循环周期,但也总循环加载时间。(4)失败的对数关系与应力比和周期循环荷载试验,初步验证了适用性的对数关系滑动区土壤特性受之前的循环荷载的影响。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
这项工作是由中国国家自然科学基金资助(41772304和41772304号)。