冻融循环条件下伊犁河谷典型黄土滑坡力学强度变化及微观作用机理研究.pdf

新疆地质XINJIANGGEOLOGY2024年3月Mar.2024第42卷 第1期Vol.42 No.1?国家自?科学基?目（42367021）、新疆维吾尔自治区?研发?目（2021B030041）联合?日期?2024-01-09?日期?2024-01-23?（1998-），?，?人，新疆大学地质与矿业?学院地质?源与地质?专业?读，?从事地质?研究?作?E-mail:J?张?（1981-），?，?，?，?生?，从事地质?与矿?地质?方面的科研与?学?作?E-mail:?学?化及?1，张?1,2，张天?1，?1,3，?1,4，?5，张?1（1.新疆?地质?院，新疆 乌鲁木齐 830046；2.?地?国?新疆?地，新疆 乌鲁木齐 830046；3.中国?地?院，?221116；4.新疆维吾尔自治区地质?院，新疆 乌鲁木齐 830000；5.新疆?，新疆 乌鲁木齐 830000）?新疆?地区?发生?，选取?地区新源?为研究?象，?合?地区为?的季?性?区的?，?内?、?电子?、?理及核?方法?究?数?地区?的?性?。?果?明：?随?数的?，?大的?，最?定?内?随?数的?，?，?开?，最?定?中?，形态?，?数?，?、中?和大?，?单，总体上?地区?的?定-?定-?定的?数?形?与?的关联性最?。?上?为?时?，?形?，?时?，?形?大?到?上?时?，?低，?时?大?数?形?、?定向?维与内?的关联性?最?。?上?为随?数的?形?低，?，?定向?维?大?上?为?，接?面?大，?内?大。研究?果可为?地区?理的?究?，为?地区季?区域?质?地质?的?定性评价及?治?关的?学?数计?据。?学?关联性?地区?广泛?从数?到?等?1?，为?的发生?物质基础?2?。?地区?区?全区面?的70?上?3?，?的地形地?为?的发生?学?件?4?。?地区?每年11月?开?，?年4月?基本?全?，为?的季?性?区，?的?作?是?发中国西?地区?发的?要?之?5-6?。?年来?地区地质?发，据?地质?统计，2005?2021 年?地区?发生地质?342?，?中68?为?7?，?70?上?8?。地质?的发生?地?地人民生?全，?来?大?产?13?。?作?学研究?，广?的?学?为?作?（?、?和?体物理?学性质的?）和?的?学性质（?、?-?关系和?性）?14?。我国?方面研究?，?发?15?。目?研究成果主要为：?体?有的?低、有的?有的?，?成?果?大的?与?的类?、?态及?件?等?有关系?16-18?。关?体?的?方面，目?方面常?中?形态的?，?和?的?和?方?，?方面与?之?联?方?的?有关?19?。“?评价?类?和?的?地质性质时，?的?要性”的?入人心?20?。?出?要?由9类（11?）?数?述?21?：?大?（?和?）、?形?（?）、?面?、?定向性、?、?大?（?和?大?）、?、接?形态?编?1000-8845(2024)01-111-06?P642.22?A新疆地质2024年（?）、?态（?）等，?研究成果为?定?定?基础。国内外?学者?体物理、?学和?数之?的?关关系?行?入地?研究，本行业内关?之?的关联性?关性?方法主要有?类?、主成?、?子?、?和?关联?等?22?。各?方法有各自的?和局限性，?件?，?合研究?象和研究目选?的?方法。?关联?法?本?和?本有?规?，?方?，?性广泛，?年来?研究中的?来?，?、?、?等?取?定的研究成果?23-25?。中国关?的研究主要?中?地区，?地区?的物质来源、?学性质和?地质?征与?，由?地理位?、研究?源有限，?地区?研究?。目?关?地区?的形成?，研究学者?为?为主?，?的作?。?体?发生?，?随之?，?作?地区?的?学?目?明?。本文?地区新源?为研究?象，?究?数?地区?的?征，?究?关联性。本?研究的目的?究?地?的?，为?地区?理的?究?，为?地区季?区域?质?地质?的?定性评价和?治?关的?学?数计?据。1?区概况研究区位?新疆?地区新源?，?地区?发?。新源?大?为2002年5月10?发生的?大?（?1-a），?向?500 m，?800?900 m，体?2 275?104m3，由3?向的?成，?体从?入?内，?形成?26-27?。新源?-?流?上?的群体性?物为?流的发生?的物源（?1-b）。形成区发?8?，?为?，8?、?和地?等作?有发生?可能。新源?热?大?（?1-c），?体为?，?态?学?和及?的?作?，?体的?，?和?。2?2.1?地?选取新源?，为新源?区，取?位?体，取?2.0 m，取?为 15 cm?20cm?15 cm的?方体。?据?方法?28?，?区?木?，?2 mm?法和?法?最?含?（17.40?）和最大?（1.86 g/cm3）?（?2）。?39.1 mm?80.0 mm，?63?，?为?50.0 mm?25.0 mm，?计14?。?1?Fig.1 Location diagram of the study area andrepresentati?e loess landslidesa?新源?大?b?新源?-?流?c?新源?热?.?2?Fig.2 Compaction test cur?e112第42卷 第1期?等：?件?学?及?作?理研究?的?入?内?行?。据2009?2018年新源?象统计数据（?1），?中，?期?选取-20?，?时?15 h，?期?选取15?，?时?9 h，单?持续时?24 h，?数?为0?60?。2.2?本文?为?内?，?TFB-1?非?和?。由?定有?数，可?地基?期?定性，?选?（CU）?，?为100?Pa、200?Pa、300?Pa，研究区?体为?性?，?方法?，?为每?0.1?28?。2.3?电子?为?鲁?X?能?，?电子信号成?来?品?面形态?29?。?选取?的?研究面?行?，?到SEM?Matlab?件?行预?理和?理，?入Image-Pro Plus?件中?本文研究的?数?行定?。2.4?核?MesoMR23-60?-I中?核?成?，核?可?到?。?真?和?和12 h?，?行?。?介质?中，?大，?中?的?时?，?中?到的?大，?时?。T2?的位?与?大?有关，?的面?大?与?的?有关?30?。3 结?与分?3.1?质?内?出?数?-?，?尔-库?法计?与?（?2）。?，?，随?数的?最?到最?，之?开?大?定。与内?有?，内?随?数的?大，?，最?定。?数?10?时，?明?低，内?总体?大?。?有的?作?。?体中?由?和?产生?和?，?体?之?的?，?低。?体?中，?之?的接?，?内?大。?10?，?，内?，最?定。随?数的?，?的接?和接?方?的?，形成新的?定?，?和内?的?。?，?数?时，?和内?的?明?。随?数?，?作?，?体形成新的?征，?之?的?到?定。3.2?3.2.1?S E M?行?电子?时，?大?数?研究目的和?象?定，?、?大的?体，?选取?的?大?数，?大?数与?质?之?的?30?。?电子?出50?、200?、400?、800?的?电子?（?3）。?到?的质?和研究?象，?大?数为800?的SEM?果?，?能?研究?象?性，统?选?大 800?的SEM?行?理和?。?到的?大800?的SEM?Matlab?件预?理及?，?据1966年?出的11?要?31?，本文选?最大?、?维、?1新?2 0 0 9-2 0 1 8?期?T a b l e 1Me a nt e mp e r a t u r e o f t h e s t u d y a r e a d u r i n g t h el a s t t e ny e a r s o f f r e e z e-t h a wp e r i o d单位：?年?20092010201120122013月?2323232323最?2811306-17114最低?-18-6-20-7-7-3-10-2-82年?20142015201620172018月?2323232323最?-41041041529114最低?-13-1-50-63-70-82?：?来源?全国?网?https:/ a b l e 2V a r i a t i o no f s h e a r s t r e n g t hp a r a me t e r s o f l o e s s?数/?/?Pa内?/?07023.7556620.81103026.34203822.78303919.29454819.54604320.76113新疆地质2024年?形?、?定向?维、最大?、?维、?面?和?定向?维?行定?计?与?。3.2.2?据?的?类，?为4类：?1?m的为?1?4?m的为?32?4?16?m的为中?大?16?m的为大?。?核?为的?行?类，从?4可?出，随着?数的?，?，?、中?，大?大?定。?据?电子?和核?到9?数及数?（?3）。?果?，?件?，?最大?大（?作?形成大?），?维?大（?形态?），?形?（接?等?的?），?定向?维?大（?的?），?最大?（?，?大?），?维?（?形态?单），?面?大（?总数?），?定向?维?大?（?单）。总体上?地区?的?定-?定-?定的?。?大?和?之?期性?，大?与?的?成大?和?之?的?。?3?S?M?Fig.3 S?M images of loess specimens with different magnifications(?cycles of free?ing and thawing)a50?b200?c400?d800?4?Fig.4?istribution of pore si?es under differentnumbers of free?e-thaw cycles?3?T a b l e 3Mi c r o s t r u c t u r a l p a r a me t e r s o f l o e s s s p e c i me n s u n d e r d i f f e r e n t n u mb e r s o f f r e e z e-t h a wc y c l e s?号123456789?数/?最大?/?m?维?形?定向?维?最大?/?m?维?面?定向?维T2?面?04.4551.1500.6810.4926.6180.29618.5761.44110 59753.6441.1530.6610.5607.7590.37126.8471.50813 016104.4341.1760.7020.5325.9650.28817.3531.69018 678203.9371.1500.7060.5235.7130.28518.3511.74016 674303.7151.1820.6740.6017.2110.35027.3201.61919 839454.3571.1730.6630.5897.7320.34737.0841.17011 307604.3571.1920.6200.7044.7420.07871.7700.48727 997114第42卷 第1期?等：?件?学?及?作?理研究3.3?本?关联性?关联?法，主要?为?定?数?、?的?、计?关联系数和计?关联?4?。本文?为?的?数，?系数?为?数。?计?，?数?数和?数的关联?4，?数?，?地区?数与?之?的关联性由大到?的?为：?形?维?定向?维?面?最大?最大?维?定向?维?T2?面?，?中?最大?、?维、?形?、?定向?维和?最大?与?的关联性?大?0.6，关联性?，为?的主要?。?数?，?数与?内?之?的关联性由大到?的?为：?形?定向?维?最大?定向?维?最大?维?面?维?T2?面?，?中?形?、?定向?维、?最大?和?定向?维与?内?之?的关联?大?0.6，关联性?。4 结论（1）?的?随?数的?，?大的?，最?定。内?随?数的?，?，?开?，最?定?。（2）?中，?形成大?，?形态?，?，?形态?单，?总数?，?单，?随?数?，?、中?和大?。总体上随?数的?，?地区?定-?定-?定的?。（3）?数?形?与?之?的关联性最?，?的?质是?（主要是自由?和?合?）的?作?发生?，?形?，?到?上?，?低。?之?时?作?，?的?形?大，?大。（4）?数?形?、?定向?维与内?的关联性?最?。?上随着?数的?形?低，?，?定向?维?大?上?，接?面?大，?内?大。（5）?上形成?面，?面?，产生?形。?中，?和?中的?基质?和?的?向?面?，?地?含?。?行为和?。?的?的?和?低的?。?能的作?，?的上部?到?部，?出?可?的?。由?的?性?，?明?的?形和?。?会直接?入?的?，?的?定性。?1?国文.?区?成?理及?体质?评价体系研究D.成?理?大学,2019.2?.?物理?性及?定性?D.新疆大学,2021.3?广,木合?尔?,?华.新疆?地区地质?的形成与?治?J.新疆?大学学?(自?科学版),2005,24(3):117-120.4?维.地?与?作?新疆?地?形成?理研究D.中国地质大学,2020.5?文.新疆?物?系数?性及?与地?关系D.?大学,2017.6?,?,王文?,等.新疆?理研究J.地球学?,2019,40(2):339-349.7?,?.新疆?地区?成?及?J.地质?与?,2010,21(3):22-25.8?国?.?件?征及?D.新疆大学,2021.9?,?.中国西部大开发发?告M.?京:中国人民大学出版?,2020.10?国文.?区?成?理及?体质?评价体系研究D.成?理?大学,201911?,?.?地?与?成?征J.地理科学,2010,30(2):267-272.12?定,?华,?世伟,等.基?-?数的新疆地质?预?J.?电技术（中?文）,2021,52(11):207-218.?4?T a b l e 4C o r r e l a t i o nb e t w e e ns h e a r s t r e n g t hp a r a me t e r sa n dmi c r o s c o p i c p a r a me t e r s o f l o e s s u n d e rd i f f e r e n t n u mb e r s o f f r e e z e-t h a wc y c l e s?数?最大?/?m?维?形?定向?维?最大?/?m?维?面?定向?维T2?面?关联?/?Pa0.6070.6720.7240.6700.6150.5630.6680.5540.504内?/?0.6660.5500.6680.6680.5710.5670.5630.6490.522115新疆地质2024年13?伟.?位?成?理及?研究D.?大学,2021.14?.?件?非?和?理及?定性研究D.?交?大学,2021.15 Qu Y,Ni W,Niu F,et al.Mechanical and electrical properties of coarse-grained soil affected by cyclic freeze-thaw in high cold regionsJ.Journal of Central South University,2020,27(3):853-866.16 Yan C,Zhang Z,Jing Y.Characteristics of strength and pore distribu-tion of lime-flyash loess under freeze-thaw cycles and dry-wet cy-clesJ.Arabian Journal of Geosciences.2017,10:544.17 Li G,Ma W,Mu Y,et al.Effects of freeze-thaw cycle on engineeringproperties of loess used as road fills in seasonally frozen ground regions,North ChinaJ.Journal of Mountain Science,2017,14(2):356-368.18 Xu J,Ren J,Wang Z,et al.Strength behaviors and meso-structuralcharacters of loess after freeze-thawJ.Cold Regions Science andTechnology,2018,148:104-120.19 齐?,?国?,PAVermeer.?作?性质?的研究?J.地球科学?,2005(8):887-894.20 陈国?,?本,陈?,等.?质学与?学（第?版）M.?京:中国?电出版?,2006.21?,?向全.?性?的定?研究?A.中国地质学会?地质专业?会:?地质学?编辑部,1996:6.22?.综合评价方法?研究M.?:?大学出版?:2020,12-252.23?.季?区路基?的?理研究D.?大学,2008.24?.?作?方?学?性及?研究D.中国地质大学（?京）,2018.25?.?-?作?规?及?及?理?研究D.西?科技大学,2019.26?,?维?,?学?等.新源?大?地质?及?综合研究J.?地质学?,2022,30(3):760-771.27?,?,?,等.新源?发?征、形成?理及治理J.新疆地质,2019,37(4):560-565.28 中华人民?和国?和?部.GB/T 50123-2019?方法?S.?京:中国计?出版?,2019.29?,?,?,等.?SEM&EDS?理及?J.印?电路信?,2012(5):66-70.30 Xu J,Ren C.Damage of saline intact loess after dry-wet and its in-terpretation based on SEM and NMRJ.Soils and Foundations,2020,60,911-928.31?生,?,王?.基?SEM?体?研究中的?J.?学?,2008(4):560-565.32?.中国?的?类?与?性J.中国科学:?学,1987(12):1309-1318.Study on the Mechanical Strength?ariation and Microscopic Mechanism ofLoess in the Ili Ri?er?alley?nder Free?e-Thaw Cycling ConditionsJia Junyu1,Zhang Zizhao1,2,Zhang Tiandong1,Lv Qianli1,3,Liang Shichuan1,4,Zhu Haiyu5,Zhang Shuqi1（1.College of Geological and Mining Engineering,Xinjiang University,Urumqi,Xinjiang,830046,China;2.Research Baseof Xinjiang University,State Key Laboratory of Deep Geotechnical Mechanics and Underground Engineering,Urumqi,Xinjiang,830046,China;3.College of Resources and Earth Sciences,China University of Mining and Technology,Xuz hou,Jiangsu,221116,China;4.Xinjiang Uygur Autonomous Region Geological Environment Monitoring Institute,Urumqi,Xinjiang,830099,China;5.Xinjiang Dian Yun Technology Information Technology Co.,Ltd.,Urumqi,Xinjiang,830000,China）Abstract:Addressing the recurring issue of loess landslides in the Ili region of Xinjiang,this study focuses on loessfrom a natural slope in Xinyuan County,Ili,and leverages the typical seasonal frozen soil characteristics of the region.The research employs indoor triaxial compression tests,scanning electron microscopy,modern image processing,and nu-clear magnetic resonance to investigate changes in macroscopic and microscopic properties of Ili loess under varyingfreeze-thaw cycles and their correlations.The findings are as follows:?With an increase in the number of freeze-thawcycles,cohesion in the loess initially decreases,then increases,and eventually stabilizes.The angle of internal friction,on the other hand,generally increases at the outset,decreases subsequently,and gradually stabilizes.?Over the courseof freeze-thaw cycles,loess particles continually undergo fragmentation and reaggregation,resulting in complex morpho-logical changes.The number of micropores decreases,while small,medium,and large pores experience slight increases.The arrangement of pores becomes initially complex and eventually simplifies.In summary,the microstructure of Ililoess undergoes a sequence of stabilization,destabilization,and re-stabilization.?The correlation between particleroundness and cohesion is most pronounced across different freeze-thaw cycle numbers.At the microscale,particle frac-tures and cohesions occur during freezing and thawing,leading to decreased and increased particle roundness,respective-ly.At the macroscale,this translates into structural loosening during freezing,reduced cohesion,and structural densifica-tion during thawing,resulting in increased cohesion.?Particle roundness,particle orientation fractal dimension,and in-ternal friction angle exhibit consistent and robust correlations under varying freeze-thaw cycle numbers.On a microscop-ic level,increasing freeze-thaw cycles lead to a decrease in particle roundness,greater disorder in particle arrangement,and higher particle orientation fractal dimensions.On a macroscopic level,this translates to a disordered particle arrange-ment,an expanded contact area,and consequently,an increased internal friction angle.The results of the study can pro-vide a reference for the investigation of the destabilization mechanism of loess landslides in Yili region and a basis forthe calculation of mechanical parameters for the evaluation of the stability of geologic hazards of soil landslides in theseasonal permafrost distribution area of Yili region and the prevention and control of engineering.Key words:Freeze-thaw cycles;Loess;mechanical strength;Microstructure;Correlation analysis;Ili valley116