非飽和膨脹土的裂隙概化模型與邊坡穩(wěn)定研究.pdf

1、該文所進(jìn)行的研究架構(gòu)在膨脹土邊坡變形與穩(wěn)定預(yù)報的"雙鏈"思想的基礎(chǔ)上,認(rèn)為降雨入滲過程中膨脹土邊坡土體的強(qiáng)度折減主要來源于兩個方面:一是降雨入滲時邊坡土體中土的性狀的變化;二是降雨入滲過程中由于土體含水量的增加變化導(dǎo)致邊坡吸力降低.該文著重研究前者,將膨脹土的裂隙性作為反映土體性狀的主要方面,通過室內(nèi)試驗、現(xiàn)場觀測以及數(shù)值模擬分析方法,對裂隙的觀測手段與定量化描述、浸水愈合特征、裂隙網(wǎng)絡(luò)滲流特性、裂隙土體強(qiáng)度特性等方面進(jìn)行了全面系統(tǒng)的試

2、驗研究,在此基礎(chǔ)上建立膨脹土邊坡裂隙網(wǎng)絡(luò)入滲的數(shù)學(xué)模型和非飽和裂隙膨脹土固結(jié)的數(shù)學(xué)模型,并應(yīng)用數(shù)學(xué)模型對降雨入滲條件下不同裂隙發(fā)育狀態(tài)時膨脹土邊坡中水氣運(yùn)移、強(qiáng)度與變形特征進(jìn)行了有限元數(shù)值分析.首先,在湖北棗陽試驗現(xiàn)場,通過手工素描與拍照的方法對膨脹土裂隙進(jìn)行了觀察統(tǒng)計;在室內(nèi),利用遠(yuǎn)距光學(xué)顯微鏡系統(tǒng)對膨脹土裂隙進(jìn)行了連續(xù)拍照觀測,建立了非飽和膨脹土的裂隙概化模型.明確了裂隙度的概念,將其作為定量指標(biāo)對非飽和膨脹土的裂隙發(fā)育發(fā)展程度進(jìn)行

3、描述.并采用蒙特卡洛方法研究了非飽和膨脹土的隨機(jī)裂隙網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模擬與自動生成.然后,進(jìn)行了非飽和膨脹土的單向浸水膨脹試驗,研究得出了單向浸水條件下非飽和膨脹土的膨脹變形隨時間發(fā)展的規(guī)律.提出了利用膨脹時程曲線計算裂隙周圍土體的膨脹變形量來確定裂隙隨浸水愈合過程的方法.還進(jìn)行了不同部位的膨脹土反復(fù)剪試驗和不同裂隙發(fā)育程度的膨脹土三軸剪切試驗,研究了膨脹土強(qiáng)度隨裂隙度及土體飽和度變化而變化的規(guī)律,并提出了相應(yīng)的擬合經(jīng)驗關(guān)系式.最后,在試驗的

4、基礎(chǔ)上,發(fā)展了非飽和土的有效應(yīng)力原理,建立了膨脹土邊坡裂隙網(wǎng)絡(luò)入滲的數(shù)學(xué)模型和非飽和裂隙膨脹土固結(jié)的數(shù)學(xué)模型,并編制了相應(yīng)的有限元程序USFEM和UCFEM.所建立的數(shù)學(xué)模型充分考慮了裂隙的滲透、變形與強(qiáng)度特性,可以模擬裂隙在水分入滲過程中逐漸愈合的過程.利用有限元方法對非飽和膨脹土邊坡的降雨入滲過程進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,全面研究了膨脹土邊坡中水氣運(yùn)移、強(qiáng)度與變形特征等.程序結(jié)果定量描述了不同裂隙分布、不同裂隙發(fā)育程序?qū)ε蛎浲吝吰陆涤耆霛B