陕北宅基边坡伤亡性黄土崩塌的形成机制与防治方案
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摘要
本论文的主要内容概括为如下4个方面:
     1.在大量的野外地质调查和室内土力学实验的基础上,概括了此类崩塌的区域
    地质和土力学环境。根据土体受力状态和起始运动方式,将宅基边坡伤亡性黄土
    崩塌划分为张裂—滑移式黄土崩塌和坍窑两种类型,总结了其前兆、时空分布特
    征,着重分析了其形成原因。对谷坡结构、地层结构、节理、黄土的显微结构特
    征、黄土抗剪强度等内部因素和人为斩坡、降雨、温差等外部因素进行了定性分
    析。结果表明人为斩坡平基建窑是导致此类崩塌的主导因素。通过宅基边坡伤亡
    性黄土崩塌变形破坏的地质力学模式分析,将此类崩塌分为斜坡谷缘拉裂—谷缘
    坡体蠕动—短滑带形成并贯通—崩塌土体剪出4个阶段。
     2.以5个典型宅基边坡伤亡性黄土崩塌为例,利用塑性极限分析和极限平衡
    法,推导出了此类黄土崩塌的稳定性与其坡度之间的关系。计算结果表明:①宅
    基边坡伤亡性黄土崩塌的稳定性随谷缘坡体坡度的增大而降低;②当其坡度不大
    于自然坡度(40°~45°)时,此类崩塌方能处于稳定状态。
     3.基于粘弹—粘塑性理论的本构方程,运用有限元方法进行反演分析,阐明
    了宅基边坡谷缘在天然条件、斩坡建窑条件下和削坡条件下的应力场变化特点。
    结果表明,谷缘在斩坡建窑条件下拉张应力和剪切应力增大是导致崩塌产生的根
    本原因。模拟再现了陕北宅基边坡伤亡性黄土崩塌的形成机制,验证了治理此类
    崩塌的有效措施—建成的宅基边坡谷缘坡度不得大于天然谷缘坡度。
     4.提出了陕北宅基边坡伤亡性黄土崩塌的防治措施。预防措施主要是加强监
    测和科学选址,进行科普宣传,提高广大群众的防灾意识。治理措施主要是合理
    处理人工谷缘和排除地表水等。
     本文的创新点主要有:①采用塑性极限分析和极限平衡方法,通过计算,提
    出了黄土地区宅基边坡的稳定性评价标准,即人工谷缘的坡度不得大于天然坡度。
    ②采用有限单元法对宅基边坡谷缘在天然条件、斩坡建窑条件及削坡处理条件的
    应力场变化进行了对比分析,揭示了崩塌产生的动力学机制,从而为人工谷缘整
    治提供了科学依据。
The Formation Mechanism And The Prevention-cure
    Programme Of The Casualty Loess Landfalls On The
    House Side-slope In The Northern Shaanxi
    Abstract
    The main contents of this dissertation include four parts as follows:
    1. Based on data and information from field investigation and laboratory experiments for the physical and mechanical properties of loess, the regional geological setting and physical-mechanical environment of the landfall are generalized. Furtherly, according to their state in suffering force and their modes of initial motion, the casualty loess landfalls on the house side-slope are classified into two types of tension-sliding loess landfall and collapsed earth cave dwelling. The warning signs (such as the fissures on the slope, frequent fall of earth block, and abnormal phenomena of animal, etc.) and distribution characters of the landfall are summed up. Grounded on analysis of the interior factors (such as valley-side slope structure, stratum structure, fissure without displacement, loess microstructure and shearing strength , etc.) and exterior factors such as rainfall, earthquake and so on, it is proved that human's cutting a terrace of building houses in the loess slope is the main factor of inducement of the landfall. On the basis of the geomechanical model for slope deformation and destruction, the developmental process of this landfall is divided into four stages, which are valley-side margin ripping, margin slope creeping, the short slip belt being formed and pierced, and the landfall befallen.
    2. Taking five representative casualty loess landfalls on the house side-slope as examples, applying the method of limit analysis of soil plasticity and the ultimate equity method, the equation of the stability and gradient of the landfall is derived. The results indicate that the stability of the landfall reduces with the increase of gradient of it. Furthermore, the landfall is only stable when its gradient is no bigger than its natural gradient (40皛45?.
    3. By means of the finite element inverse analysis, based on stress-strain theoretical equations of the elastoplasticity and viscoelasticity-viscoplasticity, the change of the valley-side margin stress distribution during original state, the condition of human cutting a terrace of building houses in the loess slope, and the condition of cutting the top of loess slope is elucidated. It is testified that the landfall happens because of the increase in shearing stress and tensile stress. The mechanism and main prevention-cure measure of cutting the top of loess slope according to its nature gradient for the landfall are quantitatively reformed and simulated.
    4. The prevention-cure measure for the landfall is put forward. The prevention measures emphasizes on monitoring and choosing site, combining with scientific
    
    
    publication for enhancing people's consciousness of preventing from this disaster. The cure measures are mainly to cut the top of loess slope, to drain terrene water, and so on.
    There are two main innovate ideas in the dissertation. (1) Supported by the results from the method of limit analysis of soil plasticity and the ultimate equity method, the author proposes the criterion of judging of stability of slope of foundation of a building. It's that the gradient of the valley-side margin is no more than its natural gradient. (2 ) The finite element is used to analyze the stress field change of the valley-side margin during original state, the condition of human's cutting a terrace of building houses in the loess slope, and the condition of cutting the top of loess slope, then the dynamic mechanism for forming of the landfall is probed. It is scientific reference to prevention-cure and control the valley-side margin.
引文
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