《遼西地區黃土邊坡坡面沖刷破壞機理的研究》是依託吉林大學，由王常明擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：遼西地區黃土邊坡坡面沖刷破壞機理的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王常明
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
遼寧西部地區發育的黃土具有不同於西北等地黃土的工程地質特性和特殊的水敏感性，從而使邊坡坡面沖刷破壞成為公路邊坡工程中尤為突出的問題。以遼西黃土邊坡為研究對象，通過土質學、土力學和水力學多學科有機結合的途徑，綜合現場調查、物理模擬，採用多種先進的測試技術和試驗方法，研究黃土物質組成、結構特徵、濕陷變形規律等工程特性，分析影響坡面沖刷破壞的主要因素及其相互作用，揭示坡面沖刷破壞的微觀機理，並建立坡面沖刷破壞的水-土耦合力學和數學模型及相應的邊坡穩定性分析方法。從而達到豐富和完善黃土邊坡坡面沖刷破壞計算理論、為遼西地區黃土公路邊坡的設計與防護提供科學依據之目的。項目的開展將填補我國對遼西黃土乃至東北黃土在該方面研究的空白。
結題摘要
黃土邊坡沖刷破壞問題是黃土地區公路等工程建設中一個亟待解決的實際問題。項目以遼西地區黃土邊坡為研究對象，運用土質學、土力學和水力學的理論，綜合採用現場調查、試驗測試、物理模擬和數值分析的方法，對黃土邊坡坡面降雨沖刷破壞問題進行了深入的研究。系統地研究了遼西黃土的工程地質特性，獲得了黃土的物理力學性質、結構特徵等方面的大量資料，提出了黃土抗剪強度指標的建議值，建立了豎向應力、豎向應變和初始含水率之間的關係，為黃土地基濕陷變形的計算提供了一種新方法。基於擾動狀態概念，構建了一個可統一描述應變軟化和應變硬化特性的本構模型。採用微結構定量化技術和分形幾何方法分析對比了黃土濕陷前後的微觀結構演變規律，結果表明：濕陷後孔隙形狀分形維數、表面起伏分形維數均增大，說明濕陷是一個孔隙複雜程度增加的過程。自製人工降雨模擬裝置，對3種降雨條件、5種不同坡角的邊坡進行了降雨沖刷模擬試驗。全程數位化監控與量測邊坡降雨沖刷過程中坡面水分入滲與演進、坡面顆粒運動與坡面形態變化之規律，獲得了黃土邊坡坡面沖刷破壞的特徵與規律。研究表明，坡形、降雨情況、入滲速度和土的抗剪強度是影響黃土邊坡坡面沖刷破壞的重要因素。根據黃土邊坡坡面沖刷破壞的特徵，可將其劃分為侵蝕初期、中期和後期3個階段。侵蝕初期以片蝕為主，中期則主要體現為細溝作用，至侵蝕後期則是切溝作用，引起坡面土體崩塌直至邊坡破壞。為此，從力學機制上將降雨引起的黃土邊坡坡面沖刷劃分為雨滴濺蝕及產流、徑流引起的土體顆粒分離以及顆粒的輸移3個動力學過程。根據坡面上土顆粒的土-水作用機制，建立了坡面沖刷臨界狀態的判別模式，認為36.5°~44°的坡角可作為遼西黃土邊坡沖刷破壞的臨界坡角，為黃土邊坡的設計提供了依據。建立了坡面沖刷破壞的水-土力學耦合模型，通過顆粒流程式進行數值計算分析表明，坡面上的土顆粒運動狀態、坡面形態的變化均與模擬試驗的結果具有良好的一致性，為黃土邊坡坡面沖刷破壞的進一步研究奠定了基礎。上述成果豐富了邊坡坡面沖刷破壞的研究內容和相應的計算分析理論，為遼西地區黃土公路邊坡的設計與防護提供科學依據，也填補了遼西地區乃至東北黃土地區在該研究領域的空白。
