邊坡模型試驗研究綜述

(重慶交通大學　重慶　400074)

前言

滑坡是一種在山區頻發的地質災害。我國是一個多山的國家,因此我國也是滑坡廣泛分布的國家。因此,對滑坡進行研究和防治具有重要的意義。迄今為止,滑坡模型試驗的理論研究與應用,內容極為廣泛,取得的研究成果較多。本文主要介紹了滑坡現場模型試驗、滑坡底摩擦模型試驗、滑坡框架式模型試驗、滑坡離心模型試驗和滑坡綜合模型試驗的研究成果及其優缺點,并對滑坡模型試驗研究提出幾點建議。

一、幾種不同的模型試驗類型

(一)滑坡現場模型試驗

滑坡現場模型試驗是指在邊坡現場通過人工降雨等手段促使邊坡產生滑動的一種物理模型試驗方法,它能直觀地再現滑坡的發生發展過程,便于找到滑坡發生的滑動特征和臨界條件。傅鶴林[1]等在鎮勝高速公路晴隆滑坡處分別進行了現場的人工降雨模擬邊坡試驗和機械開挖邊坡模擬原位試驗;Rahadjo[2]對新加坡南洋理工大學校園的天然殘積土坡進行了長期的現場監測和若干次人工降雨試驗。但現場滑坡模型試驗人力物力耗資巨大,滑坡的邊界條件、土層的力學特性等因素不易控制,導致在滑坡研究領域中難以得到廣泛應用。

(二)滑坡底摩擦模型試驗

滑坡底摩擦模型試驗是一種二維物理模型，試驗過程中可隨時根據需要將試驗暫停,觀察滑坡模型的變形、位移等特征。國內的許強[3]、蔡國軍[4]、張登項[5]針對錦屏一級水電站左岸壩肩邊坡進行了施工期變形模式的底摩擦模型試驗,試驗后認為邊坡變形破壞模式為滑移拉裂式,為錦屏I級水電工程左岸壩肩邊坡穩定性分析提供重要理論依據,但該方法無法定量研究滑坡的應力應變及位移特性,且底摩擦模型的運動速度不能太大,否則由于速度太大在模型上產生的慣性力作用就不能忽略,甚至可能會得到錯誤的試驗結果。

(三)滑坡框架式模型試驗

滑坡框架式模型試驗就是指在框架模型槽內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量其變形、力學特性等參數。林鴻州等[6]用降雨誘發模型槽內的土質邊坡失穩,研究了降雨強度和累積雨量對邊坡入滲的效果及其對滑坡發生發展的影響。賈官偉等[7]在模型槽內展開了水位驟降對松散粉土填土邊坡的大型模型試驗。Ching-ChuanHuang等[8]在剛性模型槽內展開了三種降雨強度條件下的人工夯實砂土邊坡的模型試驗,得出了不同降雨強度下土體含水率、滑體滑移距離與時間的關系曲線;Y.S.Lee,C.Y等[9]對香港的一個松散填土滑坡開展了模型試驗和數值模擬的對比研究。雖然滑坡框架式模型試驗備受眾多國內外滑坡學者青睞,但由于滑坡模型在保持其原有物理力學性質的條件下難以將其自容重應力水平真實的反應出來。

(四)滑坡離心模型試驗

離心模型試驗由于能再現自容重應力場以及與自容重有關的變形過程,直觀揭示邊坡變形破壞的機理,因而在研究邊坡穩定性問題中得到較廣泛的應用。錢紀蕓等[10]用自主研制的離心場降雨模擬系統在離心機上方實施同步降雨,完成了降雨條件下粘性土邊坡的離心模型試驗研究;李邵軍等[11]采用離心模型試驗模擬了三峽庫區典型邊坡在水位升降作用下的失穩過程。滑坡模型在離心機高速轉動時產生了慣性效應,這種慣性效應在滑坡原型上本來是不存在的,如何消除慣性效應的影響問題,至今仍未解決。

(五)滑坡綜合模型試驗

由于現有的各種單個滑坡模型試驗各有利弊,相互之間存在著互補性,因此可以將兩種或兩種以上的滑坡模型試驗綜合起來對滑坡進行研究。胡晉川等[12]對陜西黃土地區某高速公路階梯狀多級矮邊坡分別進行了現場模型試驗和室內離心模型試驗。通過現場模型試驗,指出階梯狀多級矮邊坡的階梯狀坡面具有涵水與護坡作用,能保障黃土高邊坡路塹坡的長期穩定;通過室內離心模型試驗,認為非飽和黃土階梯狀多級矮坡在降雨條件下,邊坡的變形存在先垂直、后水平的特點。

二、結論

總的來說,滑坡模型試驗能直觀地反映滑坡發生發展的過程,觀察到滑坡滑動的特征,但由于自身存在的局限性,還需要同其他相關學科結合起來,互相取長補短,從更深層次的角度來闡明滑坡發生發展的機理,為滑坡的有效防治提供科學的理論依據