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武汉大学李典庆教授课题组揭晓孔隙水压力调控黄土流滑型滑坡动力液化的机制研究新效果丨GDS动态反压直剪仪应用实例

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克日,,,,,,武汉大学水利水电学院李典庆教授课题组在美国地球物理联合会(American Geophysical Union,,,,,,AGU)旗舰期刊《Journal of Geophysical Research: Earth Surface》揭晓了题为“Elevated pore‐water pressure regulating dynamic liquefaction of a flow‐like landslide in loess”的学术论文 。。。。。该研究首次通过动态反压直剪试验定量展现了地动诱发黄土滑坡流态化灾变历程中孔隙水压力的调控机制,,,,,,为黄土高原地区液化型滑坡灾难危害评估提供定量判据 。。。。。水利水电学院水资源工程与调理天下重点实验室2024级博士研究生王睿,,,,,B为论文第一作者,,,,,,实验室李典庆教授和王顺教授为论文通讯作者 。。。。。

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论文链接:https://doi.org/10.1029/2025JF008318

*论文版权归原作者和出书方所有,,,,,,本文仅为学习交流 。。。。。

文章详细信息请点击下文链接:


以下是对这项效果的简要先容


问题形貌

黄土高原作为全球最大的风积土漫衍区,,,,,,其黄土地层的高孔隙性、弱胶结特征,,,,,,使得其在于地动荷载下易爆发振动液化 。。。。。恒久以来,,,,,,学术界将此类灾难归因于土体在循环荷载作用下爆发的动态液化,,,,,,并普遍接纳园地液化指标作为饱和黄土大规模;;频呐芯荩,,,,,然而,,,,,,该古板要领在诠释地举措用下缓倾角黄土斜坡会爆发超远距离流态化灾变征象方面保存局限性 。。。。。


2023年12月18日甘肃积石山Ms 6.2级地动触发了中川镇有数的长距离流态型黄土滑坡,,,,,,造成20余人殒命(图1) 。。。。。该滑坡起源于仅3.6°的缓坡,,,,,,却以高达4.2 m/s的速率运动了3200米,,,,,,形成1.5°的超低视摩擦角,,,,,,显著低于通例流态型滑坡的临界坡度值 。。。。。现场视察批注,,,,,,滑坡区发育于典范的三层地质结构(低渗透性冲积层-饱和黄土-泥岩),,,,,,震前大面积的农田浇灌导致滑坡源区地下水位上升并形成初始孔隙水压力 。。。。。古板理论难以诠释此类缓坡超远距离流滑机制,,,,,,尤其对初始孔隙水压力与地动惊耦合触发瞬态液化历程缺乏定量认知,,,,,,组成重大灾难防控盲区 。。。。。

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 图1:中川滑坡概况



研究要领

研究接纳高精度控制的动态反压直剪试验系统(GDS-DYNBPS) 。。。。。相较于古板直剪试验,,,,,,该系统可通过制订应力路径,,,,,,实现地动荷载下超孔隙水压力天生、累积与消逝全周期的原位监测,,,,,,捕获土体液化全历程的应力-应变-孔压时程曲线(图2) 。。。。。通过反压控制器准确模拟地下水位上升历程,,,,,,复现黄土原位应力-水文情形;;;通过施加真实地动波形,,,,,,模拟不排水条件下土体的动态液化历程 。。。。。

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图2:动态反压直剪试验手艺

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试验装备:GDS动态反压直剪试验系统 DYNBPS



主要立异

(1)量化了黄土液化历程中初始孔隙水压力的临界阈值效应

研究发明,,,,,,初始孔隙水压力是影响黄土液化的要害因素,,,,,,且保存一个液化临界阈值(液化层上覆荷载 σn=100kPa 条件下,,,,,,临界初始孔隙水压力u=22kPa),,,,,,凌驾该阈值后,,,,,,土体在常剪应力路径下将履历从稳态蠕变骤变为加速破损的突变 。。。。。微观结构剖析批注,,,,,,液化历程中颗粒接触模式由点接触向面接触转化;;;动态荷载试验还视察到黄土颗粒破碎征象,,,,,,导致孔隙体积压缩,,,,,,进而增进超孔隙水压力累积并诱发土体液化(图3) 。。。。。因此,,,,,,黄土地层中的孔隙水压力是调控其液化启动与滑移规模的主要因素 。。。。。地动荷载作用下,,,,,,黄土地层需同时知足特定的应力状态与水文条件,,,,,,方有可能爆发大规模液化滑移灾难 。。。。。

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图3:试验效果



(2)剖析了缓倾角黄土滑坡高速流滑的多因素协同触发机制

通过实地视察和室内试验,,,,,,剖析了中川流态化型滑坡在超低视摩擦角下实现长距离运动的物理实质:土体初始孔隙水压力放大了震时超孔隙水压力响应,,,,,,付与滑坡土体极大的初始速率;;;倒三角源区通过窄口动能累积与侧向侵蚀引发物质裹挟,,,,,,导致滑体进一步加速;;;滑坡运动沟道底部的冰层显著削减了滑体基底摩擦 。。。。。三者协同作用配合导致了中川滑坡的超远运动性(图4) 。。。。。

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图4:中川滑坡的缓坡流滑效应



科学价值

本研究展现了初始孔隙水压力调控黄土动力液化的物理机制,,,,,,突破了古板要领基于循环剪切作用原理的园地液化判据的局限性,,,,,,为优化黄土地层大规模;;圃帜言ぞW犹峁┮谰 。。。。。所提出的临界阈值和协同触发机制,,,,,,深化了黄土滑坡动力学认知,,,,,,对地动诱发黄土地层液化流滑灾难的危害防控具有主要指导意义 。。。。。




GDS动态反压直剪试验系统 DYNBPS

GDS动态反压直剪试验系统 (DYNBPS)用于静态和动态直接剪切试验,,,,,,能控制试样孔隙压力 。。。。。在直剪试验历程中对孔隙压力的控制允许在实验室中模拟真实的情形 。。。。。

DYNBPS允许模拟滑坡,,,,,,它在履历最初的破损时刻后速率迅速增大,,,,,,在控制和丈量孔隙压力的同时,,,,,,还可以举行循环直剪试验 。。。。。

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GDS动态反压直剪试验系统 DYNBPS


可执行的测试:  静态反压直剪试验,,,,,,动态反压应力直剪试验和动态反压应变直剪试验 。。。。。


升级选项:  弯曲元和小应变传感器


系统特点及优势:

主要特点

优点

电机作动器:

设计寿命长,,,,,,位移控制精度高 。。。。。与气动加载装置差别,,,,,,这种加载方法适用于举行小应变试验、恒久蠕变试验和高达5Hz的动态试验 。。。。。

真实状态模拟:

DYNBPS为许多现实的动态和地动岩土问题,,,,,,如边坡稳固性和地动荷载,,,,,,提供了一个真实状态模拟的工具 。。。。。

可拆卸的水下荷载传感器:

提高软土测试的精度和区分率 。。。。。

闭环控制:

剪切力/位移和轴向力/位移闭环控制 。。。。。

剪切缝:

可在压力容器外部手动设置 。。。。。

平衡锤:

在动态测试中以最经济的方法施加反压并包管最小的波动 。。。。。


手艺参数:

轴向力区分率:

24bit (i.e. <0.4N 10kN荷载传感器,,,,,, <1.5N  40kN 荷载传感器)

数据收罗:

24bit

荷载量程 (kN):

轴向 25,,,,,,剪切偏向 10

频率 (Hz):

5

压力 (MPa):

2

丈量和控制区分率 (MHz):

10

试样尺寸 (mm):

方形: 50, 75 (用户自界说尺寸) 试样高度:20-40



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