中国地质环境监测院
中国地质灾害防治工程行业协会
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基于模拟试验的强降雨条件下花岗岩残积土斜坡滑塌破坏机理分析

胡华, 吴轩, 张越. 基于模拟试验的强降雨条件下花岗岩残积土斜坡滑塌破坏机理分析[J]. 中国地质灾害与防治学报, 2021, 32(5): 92-97. doi: 10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.2021.05-11
引用本文: 胡华, 吴轩, 张越. 基于模拟试验的强降雨条件下花岗岩残积土斜坡滑塌破坏机理分析[J]. 中国地质灾害与防治学报, 2021, 32(5): 92-97. doi: 10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.2021.05-11
HU Hua, WU Xuan, ZHANG Yue. Experimental study on slope collapse characteristics of granite residual soil slope under heavy rainfall[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control, 2021, 32(5): 92-97. doi: 10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.2021.05-11
Citation: HU Hua, WU Xuan, ZHANG Yue. Experimental study on slope collapse characteristics of granite residual soil slope under heavy rainfall[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control, 2021, 32(5): 92-97. doi: 10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.2021.05-11

基于模拟试验的强降雨条件下花岗岩残积土斜坡滑塌破坏机理分析

  • 基金项目: 国家自然科学基金项目(51278437);广东省自然科学基金项目(2020A1515010928)
详细信息
    作者简介: 胡 华(1968-),男,博士,教授,主要从事岩土力学、岩土工程减灾、地质灾害防治等教学和科研工作。E-mail: xmhuh@xmu.edu.cn
  • 中图分类号: P642.22

Experimental study on slope collapse characteristics of granite residual soil slope under heavy rainfall

  • 以东南沿海地区花岗岩残积土为代表性土样,以土体斜坡坡度、降雨强度为控制变量,设计了降雨滑坡模拟试验方案,在大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨等四种不同降雨等级条件下对四种不同坡度的斜坡模型进行了强降雨模拟试验,研究降雨强度和斜坡坡度对其滑塌破坏的影响特征。结果表明:降雨强度越大,发生深层破坏或浅层整体破坏的趋势越明显,其变形跨塌滑块尺寸越大,破坏范围越集中,破坏程度增强;同时土体裂纹出现的时间越早,斜坡滑塌破坏所需的降雨时长逐渐减少。随斜坡坡度的增大,破坏形式由滑落滑坡逐步转化散落崩塌破坏,其相应斜坡滑塌破坏所需的降雨时长减少。研究结论对揭示降雨引发残积土滑坡等地质灾害发生规律具有重要的理论和现实意义。

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  • 图 1  模拟降雨装置布置方案示意图及坡体侧面上、中、下定点观测框

    Figure 1. 

    图 2  坡体浅层出现破坏裂纹及形态

    Figure 2. 

    图 4  斜坡块体滑塌破坏后的形态

    Figure 4. 

    图 5  斜坡深层整体滑塌失稳破坏形态

    Figure 5. 

    图 3  斜坡浅层局部块体滑塌形态

    Figure 3. 

    图 6  四种不同坡度条件下降雨强度与斜坡变形破坏所需的降雨时长关系曲线

    Figure 6. 

    图 7  四种不同降雨强度条件下,斜坡坡度与斜坡滑塌破坏所需的降雨时长关系曲线

    Figure 7. 

    表 1  不同条件下16种模拟试验方案及编号

    Table 1.  16 kinds of schemes and numbers of simulation experiment under different conditions

    坡度/(°)1档(大雨)2档(暴雨)3档(大暴雨)4档(特大暴雨)
    30(Ⅰ)Ⅰ1Ⅰ2Ⅰ3Ⅰ4
    40(Ⅱ)Ⅱ1Ⅱ2Ⅱ3Ⅱ4
    50(Ⅲ)Ⅲ1Ⅲ2Ⅲ3Ⅲ4
    55(Ⅳ)Ⅳ1Ⅳ2Ⅳ3Ⅳ4
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    表 2  残积土初始土性参数

    Table 2.  Initial soil parameters of residual soil

    项目密度/(g·cm3含水率/%颗粒粒径/cm
    取值<1.615.25~19.25<2
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    表 3  模拟试验过程动态监测方案

    Table 3.  Dynamic monitoring schemes of the simulation test

    项目起始滑塌出现前滑塌出现后
    正面图像1~2张间隔5 min间隔2 min
    侧面观测框图像各拍1张间隔10 min间隔5 min
    侧面观测框卧式显微镜
    细观演变观测
    1~2张间隔5 min间隔2 min
    正面滑塌破坏的时间段
    宏观观测
    高清晰录像机跟拍关键滑塌破坏过程
    各种传感器读数记录初始读数间隔5 min间隔2 min
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    表 4  斜坡模型滑塌破坏模式分类统计表

    Table 4.  Classification statistics of sliding mode of model slope

    变形破坏模式深层
    整体失稳
    深层
    局部失稳
    浅层
    整体失稳
    浅层
    局部失稳
    模拟试验
    方案编号
    55°1档;
    50°4档;
    50°3档
    40°4档30°4档;
    30°3档
    30°2档;30°1档;
    40°3档;50°2档;
    40°1档;40°2档;
    50°1档;55°4档;
    55°3档;55°2档
    数量/个31210
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    表 5  降雨强度对斜坡模型滑塌破坏过程的影响分类统计表

    Table 5.  Classification statistics of the effect of model slope gradient on slope sliding process

    坡度/(°)1档(大雨)2档(暴雨)3档(大暴雨)4档(特大暴雨)
    30裂缝出现时间晚,
    滑块尺寸小且分散
    裂缝出现时间较晚,
    滑块尺寸较小且分散
    裂缝出现时间较早,滑块尺寸较大
    且集中,破坏程度大
    裂缝出现时间早,滑块尺寸大
    且集中,破坏程度大
    40滑块出现时间晚,
    范围大,破坏程度小
    滑块出现时间较晚,
    范围较小
    滑块出现时间较快,范围小,
    但破坏程度大
    深层局部失稳破坏,破坏程度大
    50滑块出现时间晚,滑块尺寸小
    且位置分散,破坏程度小
    裂缝出现时间较早,滑块尺寸
    较大且位置较集中
    深层整体失稳破坏,破坏程度大裂缝出现时间早,滑块尺寸大
    且破坏程度大
    55深层整体失稳破坏滑块出现时间较均匀,滑块
    尺寸小,次数多,位置分散
    滑块出现时间较早但滑块尺寸小
    且均匀,大滑块出现时间晚
    滑块出现时间早,但滑块尺寸小
    且均匀,大滑块出现时间较晚
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    表 6  斜坡模型开始滑塌失稳破坏时间统计表

    Table 6.  The time(minutes)of instability and failure of model slope /min

    坡度/(°)1(大雨)2(暴雨)3(大暴雨)4(特大暴雨)
    3051482718
    4027201911
    501716138
    551513105
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    表 7  斜坡模型坡度对坡体滑塌破坏形式的影响分类统计表

    Table 7.  Classification statistics of the effect of model slope gradient on slope sliding mode

    坡度/
    (°)
    滑塌破坏形式描述破坏
    (散落)
    数量/个
    破坏
    (滑落)
    数量/个
    30都有裂缝的优先发展而将土体分割为大
    或小的滑块,之后这些滑块才在不同的降雨
    强度条件下出现不同的破坏形式
    04
    40除4档雨强的突破外,其余土坡均由坡上部
    开始有滑块形成并下滑,且较其他坡度的
    土坡,其最终的破坏程度最小
    22
    50都有裂缝的优先发展而将土体分割为大或小的
    滑块,之后这些滑块又都以散落的形式破坏
    40
    55都未出现裂缝,土体均在受雨一段时间后形成大
    或小的滑块,后直接从土体上散落破坏
    40
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出版历程
收稿日期:  2020-04-12
修回日期:  2020-05-13
刊出日期:  2021-10-25

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