水库滑坡土体渗流与蠕变耦合特性试验研究

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库水位变动诱发滑坡变形或失稳具有显著的时间效应,其力学过程十分复杂,不仅地下水渗流会产生与时间相关的蠕变变形,同时蠕变变形也会对渗流过程产生影响,即渗流与蠕变具有耦合作用效应。目前,不少学者在水库滑坡变动过程中渗流场和应力场研究方面进行了卓有成效的探索,但水库滑坡动力演化过程中的渗流与蠕变耦合效应问题迄今尚未被引起重视。  本文以三峡库区典型滑坡土体为研究对象,在对典型滑坡监测资料、库水位及地下水位资料进行分析基础上,利用自主研发的渗流与蠕变耦合试验仪及改进后的GDS高级加载模块,对渗流与蠕变相互影响展开了系列试验研究,揭示了渗流与蠕变耦合作用的力学特性并分析了其耦合机理。主要研究内容及成果如下:  1)对三峡库区树坪滑坡的变形监测资料、地下水及库水位资料进行了详细分析,发现库水位下降引起的滑坡变形具有显著的时间效应,分析指出库水位变动引起滑坡变形演化的过程中存在渗流与蠕变耦合效应。  2)开展了不同应力条件及不同类型土样的定水头渗流试验研究,并对试验现象及机理进行了分析。具体如下:  ①开展了总围压不变条件下的定水头渗流试验。发现试验过程中土样体积变形随时间先逐渐增大,达到峰值然后又缓慢减小。此现象与应力作用路径相关,在土样中施加一定水头后,开始阶段试样内部会产生超孔隙水压力,从而使得有效围压减小,围压卸荷导致土样产生回弹变形;随着超孔隙水压力的消散,回弹变形趋于稳定,但渗透压力持续作用于土体,使得土样体积持续缓慢减少。  ②开展了净围压不变条件下的定水头渗流试验。发现试验过程中土样体积变形随时间逐渐减小,变形速率由大变小,未产生回弹现象。因为该渗流过程中净围压不变,仅增加了竖向渗流压力,使得土样仅产生压缩变形。  ③开展了分别针对粉砂土、粘质粉土、粉质粘土的定水头渗流试验。发现渗流对不同土样变形的影响规律较为一致,随着渗透压的施加,土样发生轴向压缩变形,速率随时间先快后慢,逐渐趋于稳定。但渗流对不同类型土样的影响程度上存在很大的差异,相同作用时间(7d)下,粉砂土的轴向变形相对最大,粘质粉土次之,粉质粘土最小。因为粘粒含量越多,粘滞性越大,在相同的渗透压力作用下产生的变形就越小。  3)开展了不同固结应力作用下土样变形对渗流影响的试验研究,并获取了在渗流过程中土样体积的变化值。分别建立了渗流开始前试样孔隙比 e0与渗透系数 k的相关性曲线及渗流稳定后试样孔隙比et与渗透系数k的相关性曲线,并对其进行了对比分析,指出k-et关系曲线更能反映渗流与变形耦合作用的实际情况。  4)对GDS三轴仪进行了改装,利用改进的GDS三轴仪的高级加载模块进行了渗流与蠕变耦合试验,获取了试验过程中体积应变随时间的变化规律。从土体的微观结构、有效应力原理及渗流力等三方面探讨了渗流对土体蠕变变形影响的机制;基于e-k关系模型对渗流与蠕变耦合机理进行了分析,并提出了水库滑坡稳定性分析中考虑渗流与蠕变耦合效应的建议。
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