边坡模型试验研究综述

2018-04-03

福建质量管理 2018年13期

(重庆交通大学　重庆　400074)

前言

滑坡是一种在山区频发的地质灾害。我国是一个多山的国家,因此我国也是滑坡广泛分布的国家。因此,对滑坡进行研究和防治具有重要的意义。迄今为止,滑坡模型试验的理论研究与应用,内容极为广泛,取得的研究成果较多。本文主要介绍了滑坡现场模型试验、滑坡底摩擦模型试验、滑坡框架式模型试验、滑坡离心模型试验和滑坡综合模型试验的研究成果及其优缺点,并对滑坡模型试验研究提出几点建议。

一、几种不同的模型试验类型

(一)滑坡现场模型试验

滑坡现场模型试验是指在边坡现场通过人工降雨等手段促使边坡产生滑动的一种物理模型试验方法,它能直观地再现滑坡的发生发展过程,便于找到滑坡发生的滑动特征和临界条件。傅鹤林[1]等在镇胜高速公路晴隆滑坡处分别进行了现场的人工降雨模拟边坡试验和机械开挖边坡模拟原位试验;Rahadjo[2]对新加坡南洋理工大学校园的天然残积土坡进行了长期的现场监测和若干次人工降雨试验。但现场滑坡模型试验人力物力耗资巨大,滑坡的边界条件、土层的力学特性等因素不易控制,导致在滑坡研究领域中难以得到广泛应用。

(二)滑坡底摩擦模型试验

滑坡底摩擦模型试验是一种二维物理模型，试验过程中可随时根据需要将试验暂停,观察滑坡模型的变形、位移等特征。国内的许强[3]、蔡国军[4]、张登项[5]针对锦屏一级水电站左岸坝肩边坡进行了施工期变形模式的底摩擦模型试验,试验后认为边坡变形破坏模式为滑移拉裂式,为锦屏I级水电工程左岸坝肩边坡稳定性分析提供重要理论依据,但该方法无法定量研究滑坡的应力应变及位移特性,且底摩擦模型的运动速度不能太大,否则由于速度太大在模型上产生的惯性力作用就不能忽略,甚至可能会得到错误的试验结果。

(三)滑坡框架式模型试验

滑坡框架式模型试验就是指在框架模型槽内用相似材料制作模型,在模型满足主要边界条件相似的情况下测量其变形、力学特性等参数。林鸿州等[6]用降雨诱发模型槽内的土质边坡失稳,研究了降雨强度和累积雨量对边坡入渗的效果及其对滑坡发生发展的影响。贾官伟等[7]在模型槽内展开了水位骤降对松散粉土填土边坡的大型模型试验。Ching-ChuanHuang等[8]在刚性模型槽内展开了三种降雨强度条件下的人工夯实砂土边坡的模型试验,得出了不同降雨强度下土体含水率、滑体滑移距离与时间的关系曲线;Y.S.Lee,C.Y等[9]对香港的一个松散填土滑坡开展了模型试验和数值模拟的对比研究。虽然滑坡框架式模型试验备受众多国内外滑坡学者青睐,但由于滑坡模型在保持其原有物理力学性质的条件下难以将其自容重应力水平真实的反应出来。

(四)滑坡离心模型试验

离心模型试验由于能再现自容重应力场以及与自容重有关的变形过程,直观揭示边坡变形破坏的机理,因而在研究边坡稳定性问题中得到较广泛的应用。钱纪芸等[10]用自主研制的离心场降雨模拟系统在离心机上方实施同步降雨,完成了降雨条件下粘性土边坡的离心模型试验研究;李邵军等[11]采用离心模型试验模拟了三峡库区典型边坡在水位升降作用下的失稳过程。滑坡模型在离心机高速转动时产生了惯性效应,这种惯性效应在滑坡原型上本来是不存在的,如何消除惯性效应的影响问题,至今仍未解决。

(五)滑坡综合模型试验

由于现有的各种单个滑坡模型试验各有利弊,相互之间存在着互补性,因此可以将两种或两种以上的滑坡模型试验综合起来对滑坡进行研究。胡晋川等[12]对陕西黄土地区某高速公路阶梯状多级矮边坡分别进行了现场模型试验和室内离心模型试验。通过现场模型试验,指出阶梯状多级矮边坡的阶梯状坡面具有涵水与护坡作用,能保障黄土高边坡路堑坡的长期稳定;通过室内离心模型试验,认为非饱和黄土阶梯状多级矮坡在降雨条件下,边坡的变形存在先垂直、后水平的特点。