[发明专利]地震引起的工程土质边坡滑坡类型的判定方法

权利要求书

1.一种地震引起的工程土质边坡滑坡类型的判定方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)首先将橡皮膜套在GDS动三轴试样底座的试样安装底帽上，并用橡胶圈固定，其后，将双瓣模紧密连接后固定在GDS动三轴试样安装底帽上，确保双瓣模夹紧试样安装底帽上的橡皮膜，再将橡皮膜平整地贴在双瓣模内壁上；根据工程边坡的设计填筑密度和GDS动三轴试样体积，称取相应质量的烘干的填筑边坡土样，通过分层填筑的方法，均匀地浇筑试样土体；待试样浇筑完毕后，将试样顶帽水平地安装在试样顶部；将橡皮膜套紧试样顶帽后，用橡胶圈固定；将二氧化碳气罐与GDS动三轴试样底座上的试样底部连通阀门连接，将注水后的负压预饱和配件的底部与试样顶部连通阀门连接，将负压预饱和配件的顶部与真空泵连接；关闭GDS动三轴试样底座上的试样底部连通阀门，依次缓慢打开真空泵和试样顶部连通阀门，真空泵负压保持在-20kPa；试样在稳定负压条件下保持直立后，拆除双瓣模，完成试样的初步制备步骤；

(2)待双瓣模拆除后，将真空泵负压继续保持在-20kPa；打开试样底部连通阀门，调节二氧化碳气罐的阀门，使得负压预饱和配件内的气泡均匀缓慢冒出；持续缓慢地向试样内通二氧化碳气体30min后，关闭试样底部连通阀门和二氧化碳气罐的阀门；断开二氧化碳气罐与试样底部连通阀门的连接，将无气水预饱和配件与试样底部连通阀门连接；向无气水预饱和配件内注入充足的无气水后，缓慢打开试样底部连通阀门，在稳定负压作用下，无气水预饱和配件内的无气水将持续缓慢地注入试样中，同时负压预饱和配件内将会有气泡均匀缓慢地冒出；待负压预饱和配件内气泡完全消失后，再继续注无气水30min，然后同时关闭试样底部连通阀门和试样顶部连通阀门，再关闭真空泵，完成试样的预饱和步骤；

(3)将GDS动三轴的围压压力罩密封地安装在GDS动三轴试样底座上，向围压压力罩内注满无气水；将GDS动三轴试样底座上围压连通阀门与围压控制器连接，将试样底部连通阀门和试样顶部连通阀门连接同一反压控制器；根据工程边坡设计填筑密度条件下边坡土样的渗透特性，在GDS控制系统中设定试样的反压和围压加载程序，试样饱和过程中反压和围压的加载速率相同，且围压始终比反压大10kPa；打开试样底部连通阀门、试样顶部连通阀门和围压连通阀门，通过GDS控制系统自动调控围压控制器和反压控制器，按设定的反压和围压加载程序给试样施加围压和反压，直至达到饱和围压P₀和饱和反压u₀；试样在饱和围压和饱和反压条件下保持一段时间，当GDS控制系统测得试样的孔隙水压力系数B≥0.98时，完成试样的反压饱和步骤；关闭试样底部连通阀门和试样顶部连通阀门，至此，试样的制备和饱和完成；

(4)根据工程边坡所处的水文地质条件和试验土样埋深条件确定的试样的轴压P_z、围压P_w和孔隙水压力u_s，据此将获得试样的有效应力，包括有效轴压σ_z’＝P_z-u_s和有效围压σ_w’＝P_w-u_s；设置反压控制器，使其在试样固结过程中始终保持反压值为饱和反压u₀值不变，打开试样顶部连通阀门；根据有效应力控制的原则，在饱和围压P₀和饱和反压u₀的基础上，按设定的轴压和围压加载程序给试样施加轴压和围压，采集记录试样的轴向变形和体积变化，直至达到固结轴压和固结围压；试样在固结轴压和固结围压条件下保持一段时间，采集记录试样的轴向变形和体积变化，实现试样在初始剪应力状态下完成固结；

(5)根据工程边坡试验土样的初始剪应力τ_s和地震循环动力荷载的作用规律，通过设定动力加载程序给试样施加地震循环动力荷载，由GDS动三轴的数据采集装置自动记录和保存试样的轴向变形、体积变形、轴压、围压和孔隙水压力变化的数据；

(6)根据采集到的试验数据，进行试验结果分析，以此确定工程边坡的滑坡类型，具体判断方法如下：

根据地震循环动力荷载条件下试样的轴向变形、轴压、围压和孔隙水压力的数据，依次整理出以下四个图：(a)轴向应变--循环次数图；(b)超静孔隙水压力--循环次数图；(c)偏应力--轴向应变图；(d)偏应力--平均有效应力图；

所述轴向应变为轴向变形与试样初始高度的比值；所述超静孔隙水压力为地震循环动力荷载条件下试样的孔隙水压力u与饱和反压u₀的差值；所述偏应力等于轴压与围压的差值；所述平均有效应力为有效轴压与2倍有效围压之和的1/3；所述有效轴压为轴压与饱和反压u₀的差值；所述有效围压为围压与饱和反压u₀的差值；

其后，根据四个图的特征判断工程边坡的滑坡类型：

①试样土体循环液化破坏是在循环动力荷载下土体强度软化后发生的，对应的滑坡类型为渐进流动性工程土质边坡滑坡；所述渐进流动性工程土质边坡滑坡土体破坏的具体特征为：

根据轴向应变--循环次数图，在循环动力荷载作用的初始数个周期内，轴向应变上下震荡不明显；经过数个循环动力荷载的周期作用后，试样的轴向应变随着动力荷载循环次数上下震荡，且震荡幅值不断增大，直至试样的土体发生循环液化破坏；

根据超静孔隙水压力--循环次数图，在循环动力荷载作用下，超静孔压震荡增加，当超静孔隙水压力的最大值达到或接近有效围压值后，土体发生循环液化破坏；在土体发生循环液化破坏前的几个循环周期内，超静孔隙水压力震荡的幅值发生突变；

根据偏应力--轴向应变图，在循环动力荷载作用初始阶段，轴向应变基本保持不变，偏应力上下震荡；经过数个循环动力荷载的周期作用后，试样的轴向应变随着上下震荡的偏应力而震荡，直至试样的土体发生循环液化破坏；

根据偏应力--平均有效应力图，在循环动力荷载作用下，平均有效应力随着上下震荡的偏应力不断减小；当平均有效应力的震荡最小值达到甚至小于零值后，土体发生循环液化破坏；

②试样土体未发生明显的破坏，但在循环动力荷载下土体的塑性变形累积直至变形过大，对应的滑坡类型为渐进塑性工程土质边坡滑坡；所述渐进塑性工程土质边坡滑坡土体破坏的具体特征为：

根据轴向应变--循环次数图，在循环动力荷载作用下，试样的轴向应变随着动力荷载循环次数震荡增加，直至试样的轴向应变过大，土体发生塑性破坏；

根据超静孔隙水压力--循环次数图，在循环动力荷载作用下，超静孔隙水压力震荡增加，超静孔隙水压力震荡的幅值也不断增大，超静孔隙水压力的震荡最大值不断接近有效围压值，直至试样的轴向应变过大，土体发生塑性破坏；

根据偏应力--轴向应变图，在循环动力荷载作用下，试样的轴向应变随着上下震荡的偏应力而不断增加，直至试样的轴向应变过大且不可恢复，土体发生塑性破坏；

根据偏应力--平均有效应力图，在循环动力荷载作用下，平均有效应力随着上下震荡的偏应力不断减小；平均有效应力的最大值震荡减小幅度变化不明显，但平均有效应力的最小值呈显著的震荡减小趋势；当平均有效应力的震荡最小值达到甚至小于零值后，试样的轴向应变过大，土体发生塑性破坏。