林芝地区冰水堆积体本构模型及物理力学性能研究

林芝地区冰水堆积体本构模型及物理力学性能研究林芝地区位于青藏高原的东南部,是我国典型的现代海洋性冰川活动区,受青藏高原冰期—间冰期气候的交替影响,冰川活动范围变化较大,充足的降雨及冰雪融水为冰水堆积体的发育提供了有利的水动力条件;此地区出露的地层主要有寒武系、泥盆系、石炭系、三叠—白垩系和第四系,岩性种类多,且多出现了不同程度的变质,受区域构造及构造运动的影响,为当时冰水堆积体的形成提供了丰富的固体物源条件。林芝地区典型的冰水堆积体多堆积在人烟稀少的高海拔地区,交通和工程建设都不方便。20世纪以前人们对冰水堆积体的研究极少,尤其是关于冰水堆积体工程力学性质尚缺乏系统性的全面研究,国内外选择在冰水堆积体上修建建筑物极为慎重。我国西部大开发的全面开展,又不可避免的要接触冰水堆积体,工程不能一味的采取绕避措施。本文以西藏林芝地区典型冰水堆积体为研究对象,在前人研究成果的基础上,通过野外地质调查和遥感解译等手段,对冰水堆积体的沉积特征、颗粒组成、地貌及分布特征、胶结程度等特性进行了野外详细的地调查和分析;进而在大量的室内试验和相关研究成果的基础上探究了冰水堆积体的击实试验、渗透特性、力学特性、温度及尺寸效应等;通过工程类比、参数反演等手段,求得一套冰水堆积体的宏观及微观参数,在参数确定的基础上,利用极限平衡法和数值模拟的思想,对冰水堆积体边坡的稳定性做了综合性评价。本文的研究成果在一定程度上补充了工程界和学术界在林芝地区冰水堆积体物理及力学性质研究上存在的不足,为工程的进展和学术的探讨提供了理论参数的取值及其变化规律的分析。本文的技术路线主要分为三个阶段:第一阶段是在查阅文献及收集相关资料的基础上,结合野外现场调查,主要研究林芝地区冰水堆积体的基本特征,采用的方法主要有现场测绘、颗分试验、原位渗透试验及一些辅助性的试验方法;第二阶段是利用野外采取的试样进行相应的室内试验,主要研究冰水堆积体的物理力学性质,本次用到的试验仪器主要有液塑限联合测定仪、多功能电动击实仪及脱模器、常水头渗透试验仪、大型三轴剪切试验仪、小型三轴剪切试验仪、中型直剪试验仪等。第三阶段是在前两个阶段成果研究的基础上,建立冰水堆积体本构模型和进行冰水堆积体边坡工程稳定性分析。通过以上研究思路及方法,主要取得了以下研究成果:（1）通过对林芝地区冰水堆积体的野外调查、现场颗分、渗透、容重等试验,结合不同含石量条件下的室内中型剪切试验成果,在传统分类方法的基础上,提出以冰水堆积体颗粒组成、胶结程度、渗透性能和力学性能为分类指标的综合分类方法,将冰水堆积体分为3级5个亚类。（2）冰水堆积体的渗透系数一般在i×10^-3cm/s,属于中等渗透介质;野外渗透试验的稳定时间多在2小时后达到;结合颗分试验,认为当细粒含量大于10%时对堆积体渗透性的影响较大。室内渗透试验表明随着水力梯度的增大,试样渗透速度呈近似线性^非线性增长,出口水流为清水时近似满足达西定律,浑浊水时明显不满足达西定律,但均能用相应的渗透本构关系描述。（3）击实试验表明:相同含石量条件下,试样干密度随着含水率的增加先增大后降低,有明显的峰值,即存在最优含水率和最大干密度;相同含水率的试样,试样干密度随着含石量的增大而增大;最优含水率整体均随着含石量的降低而增大;含石量40%可以作为冰水堆积体击实试验的一个分界点。（4）室内大型三轴压缩试验表明:冰水堆积体的黏聚力随着含水率的增加呈现先增加后减小的趋势,且具有明显的峰值点,并能用相应的多项式来拟合;内摩擦角随着含水率的增加整体呈降低的趋势,在含水率为5.07%⁷.84%时,内摩擦角降低的幅度较少,曲线上基本趋于平缓。（5）室内小型三轴压缩试验表明:冰水堆积体的温度从-10℃⁵0℃的变化过程中,随着温度的增加黏聚力先增加后降低且趋于稳定,并在0℃时出现最大值。内擦角随着温度的增加,变化不大,是在很小的一个范围内波动变化。（6）低围压条件下,冰水堆积体的本构关系不符合邓肯-张模型。在邓肯-张本构模型的基础上,考虑应变软化和体胀的情况,对切线模量和切线泊松比进行修正,并验证了修正模型的正确性。（7）利用各种试验测得的物理力学参数,对评价区内一处冰水堆积体边坡进行了综合稳定性评价。利用数值模拟软件分析了边坡破坏后的堆积形态,同时也验证了颗粒流程序PFC^3D对散粒体介质堆积形态数值模拟的适用性。本文对林芝地区冰水堆积体的物理及力学性质的研究成果,与前人研究的一般成果相符。同时在前人研究成果的基础上,补充了有关冰水堆积体在野外识别及遥感解译、工程分类、工程特性、温度及尺寸效应等方面研究的不足。本次研究主要针对林芝地区,对其他地区冰水堆积体的研究仅提供