邊坡模型試驗(yàn)研究綜述

(重慶交通大學(xué)　重慶　400074)

前言

滑坡是一種在山區(qū)頻發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害。我國(guó)是一個(gè)多山的國(guó)家,因此我國(guó)也是滑坡廣泛分布的國(guó)家。因此,對(duì)滑坡進(jìn)行研究和防治具有重要的意義。迄今為止,滑坡模型試驗(yàn)的理論研究與應(yīng)用,內(nèi)容極為廣泛,取得的研究成果較多。本文主要介紹了滑坡現(xiàn)場(chǎng)模型試驗(yàn)、滑坡底摩擦模型試驗(yàn)、滑坡框架式模型試驗(yàn)、滑坡離心模型試驗(yàn)和滑坡綜合模型試驗(yàn)的研究成果及其優(yōu)缺點(diǎn),并對(duì)滑坡模型試驗(yàn)研究提出幾點(diǎn)建議。

一、幾種不同的模型試驗(yàn)類型

(一)滑坡現(xiàn)場(chǎng)模型試驗(yàn)

滑坡現(xiàn)場(chǎng)模型試驗(yàn)是指在邊坡現(xiàn)場(chǎng)通過人工降雨等手段促使邊坡產(chǎn)生滑動(dòng)的一種物理模型試驗(yàn)方法,它能直觀地再現(xiàn)滑坡的發(fā)生發(fā)展過程,便于找到滑坡發(fā)生的滑動(dòng)特征和臨界條件。傅鶴林[1]等在鎮(zhèn)勝高速公路晴隆滑坡處分別進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)的人工降雨模擬邊坡試驗(yàn)和機(jī)械開挖邊坡模擬原位試驗(yàn);Rahadjo[2]對(duì)新加坡南洋理工大學(xué)校園的天然殘積土坡進(jìn)行了長(zhǎng)期的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和若干次人工降雨試驗(yàn)。但現(xiàn)場(chǎng)滑坡模型試驗(yàn)人力物力耗資巨大,滑坡的邊界條件、土層的力學(xué)特性等因素不易控制,導(dǎo)致在滑坡研究領(lǐng)域中難以得到廣泛應(yīng)用。

(二)滑坡底摩擦模型試驗(yàn)

滑坡底摩擦模型試驗(yàn)是一種二維物理模型，試驗(yàn)過程中可隨時(shí)根據(jù)需要將試驗(yàn)暫停,觀察滑坡模型的變形、位移等特征。國(guó)內(nèi)的許強(qiáng)[3]、蔡國(guó)軍[4]、張登項(xiàng)[5]針對(duì)錦屏一級(jí)水電站左岸壩肩邊坡進(jìn)行了施工期變形模式的底摩擦模型試驗(yàn),試驗(yàn)后認(rèn)為邊坡變形破壞模式為滑移拉裂式,為錦屏I級(jí)水電工程左岸壩肩邊坡穩(wěn)定性分析提供重要理論依據(jù),但該方法無法定量研究滑坡的應(yīng)力應(yīng)變及位移特性,且底摩擦模型的運(yùn)動(dòng)速度不能太大,否則由于速度太大在模型上產(chǎn)生的慣性力作用就不能忽略,甚至可能會(huì)得到錯(cuò)誤的試驗(yàn)結(jié)果。

(三)滑坡框架式模型試驗(yàn)

滑坡框架式模型試驗(yàn)就是指在框架模型槽內(nèi)用相似材料制作模型,在模型滿足主要邊界條件相似的情況下測(cè)量其變形、力學(xué)特性等參數(shù)。林鴻州等[6]用降雨誘發(fā)模型槽內(nèi)的土質(zhì)邊坡失穩(wěn),研究了降雨強(qiáng)度和累積雨量對(duì)邊坡入滲的效果及其對(duì)滑坡發(fā)生發(fā)展的影響。賈官偉等[7]在模型槽內(nèi)展開了水位驟降對(duì)松散粉土填土邊坡的大型模型試驗(yàn)。Ching-ChuanHuang等[8]在剛性模型槽內(nèi)展開了三種降雨強(qiáng)度條件下的人工夯實(shí)砂土邊坡的模型試驗(yàn),得出了不同降雨強(qiáng)度下土體含水率、滑體滑移距離與時(shí)間的關(guān)系曲線;Y.S.Lee,C.Y等[9]對(duì)香港的一個(gè)松散填土滑坡開展了模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬的對(duì)比研究。雖然滑坡框架式模型試驗(yàn)備受眾多國(guó)內(nèi)外滑坡學(xué)者青睞,但由于滑坡模型在保持其原有物理力學(xué)性質(zhì)的條件下難以將其自容重應(yīng)力水平真實(shí)的反應(yīng)出來。

(四)滑坡離心模型試驗(yàn)

離心模型試驗(yàn)由于能再現(xiàn)自容重應(yīng)力場(chǎng)以及與自容重有關(guān)的變形過程,直觀揭示邊坡變形破壞的機(jī)理,因而在研究邊坡穩(wěn)定性問題中得到較廣泛的應(yīng)用。錢紀(jì)蕓等[10]用自主研制的離心場(chǎng)降雨模擬系統(tǒng)在離心機(jī)上方實(shí)施同步降雨,完成了降雨條件下粘性土邊坡的離心模型試驗(yàn)研究;李邵軍等[11]采用離心模型試驗(yàn)?zāi)M了三峽庫(kù)區(qū)典型邊坡在水位升降作用下的失穩(wěn)過程?；履Ｐ驮陔x心機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生了慣性效應(yīng),這種慣性效應(yīng)在滑坡原型上本來是不存在的,如何消除慣性效應(yīng)的影響問題,至今仍未解決。

(五)滑坡綜合模型試驗(yàn)

由于現(xiàn)有的各種單個(gè)滑坡模型試驗(yàn)各有利弊,相互之間存在著互補(bǔ)性,因此可以將兩種或兩種以上的滑坡模型試驗(yàn)綜合起來對(duì)滑坡進(jìn)行研究。胡晉川等[12]對(duì)陜西黃土地區(qū)某高速公路階梯狀多級(jí)矮邊坡分別進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)模型試驗(yàn)和室內(nèi)離心模型試驗(yàn)。通過現(xiàn)場(chǎng)模型試驗(yàn),指出階梯狀多級(jí)矮邊坡的階梯狀坡面具有涵水與護(hù)坡作用,能保障黃土高邊坡路塹坡的長(zhǎng)期穩(wěn)定;通過室內(nèi)離心模型試驗(yàn),認(rèn)為非飽和黃土階梯狀多級(jí)矮坡在降雨條件下,邊坡的變形存在先垂直、后水平的特點(diǎn)。

二、結(jié)論

總的來說,滑坡模型試驗(yàn)?zāi)苤庇^地反映滑坡發(fā)生發(fā)展的過程,觀察到滑坡滑動(dòng)的特征,但由于自身存在的局限性,還需要同其他相關(guān)學(xué)科結(jié)合起來,互相取長(zhǎng)補(bǔ)短,從更深層次的角度來闡明滑坡發(fā)生發(fā)展的機(jī)理,為滑坡的有效防治提供科學(xué)的理論依據(jù)