干湿循环条件下黄土边坡水气变换规律试验研究及稳定性分析

摘要

降雨和日照对地表非饱和黄土的含水率影响非常大，随着黄土地区基础设施工程不断的发展和建设，非饱和黄土边坡在干湿循环条件下的水气变换规律问题开始引起岩土工程界的重视。降雨入渗和水分蒸发都会引起非饱和黄土边坡内孔隙水压力、孔隙气压力和基质吸力的变化，边坡土体抗剪强度随之发生变化，从而导致边坡土体产生位移。另外，水分场和温度场的影响深度还直接影响边坡失稳时滑动面的位置。
　　降雨作为非饱和黄土边坡冲蚀、失稳的主要诱因已经成为人们的共识，然而干湿循环作用的变化对非饱和黄土边坡的影响研究还不尽完善。系统地研究非饱和黄土边坡在干湿循环条件下含水率、孔隙水压力、孔隙气压力以及土体位移的变化规律，在滑坡整治过程中，就能科学合理地制定治理措施，节省工程投资。
　　本文以兰州马兰黄土为研究对象，定性与定量分析相结合，对非饱和黄土边坡在干湿循环条件下的水气变换规律和稳定性进行了系统分析、研究，并取得了一些有价值的研究成果。首先进行物理特性实验，测定填土所用马兰黄土的级配曲线、最优含水率、最大干密度、液塑限和渗透系数等参数，为之后的工作做好准备。
　　其次，进行室内模型试验。其中利用“吊瓶”的方式来增加边坡土体的含水率，用浴霸灯直接照射的方式来模拟日照使土体内水分蒸发。使用到水分传感器、温度传感器、大量程百分表和自制的土体内气压变化规律测试装置，其埋设位置严格按照试验方案执行。室内模型试验一共进行了三组干湿循环试验，记录和监测非饱和黄土边坡在干湿循环作用下，边坡内水分场、温度场、土体位移和土体内气压等相关物理量的变化情况，探究在干湿循环条件下非饱和黄土边坡水气变换的规律及变形破坏的影响因素。
　　最后，应用软件Geo-Studio中的SEEP/W模块，模拟非饱和黄土边坡在不同降雨持时下的瞬态渗流场，得出了黄土边坡在降雨入渗时不同时间段的孔隙水压力和体积含水率分布情况。之后将非饱和渗流分析结果，耦合到VADOSE/W中，设置日照条件，得出在持续加热情况下边坡内温度场分布，以及温度场对水分场的影响。最后再将渗流分析结果耦合到SIGMA/W和SLOPE/W模块中计算边坡的位移和应变场变化，并且进行边坡稳定性分析，探讨抗剪强度随深度的变化，以及安全系数随降雨时间的变化规律。
　　本文通过室内模型试验和应用软件进行多场耦合数值模拟试验等手段，得出了几点重要研究结论，为实际工程提供理论支持和设计依据。