干湿循环条件下膨胀土裂隙性及路堑边坡稳定性分析研究

摘要

本文以广西南友路宁明段膨胀土为研究对象,以干湿循环效应对膨胀土强度、裂隙发育及路堑边坡稳定性的影响为研究目的,通过室内三轴和直剪试验,研究干湿循环条件下土体裂隙开展对其强度的影响；通过膨胀土三轴和直剪试样裂隙观测试验和CT扫描试验,重点研究干湿循环与裂隙发育的关系,并研究裂隙的定量化描述方法。在此基础上,通过GeoStudio系统软件中的SLOPE／W模块,建立路堑边坡数值分析模型,分析干湿循环效应对膨胀土路堑边坡稳定性的影响。主要研究内容及成果如下:
　　 1、通过膨胀土室内干湿循环试验,结合室内三轴和直剪试验,探讨了膨胀土表面裂隙的发育和土体强度与干湿循环的关系。第1次干湿循环后,试样表面产生的裂隙较少,裂隙不贯通,主要分布在试样中部,经2～5次循环后的试样表面裂隙数量明显增多,且分布于整个试样的表面,有部分宽大裂隙贯通整个试样,发育成裂隙网络。膨胀土的抗剪强度随干湿循环次数而发生不规律的变化,不能用某一种特定的函数式来表示,但总的变化趋势比较明显,饱和膨胀土的c值随循环次数的增加而不断降低,1～3次循环的降低幅度较大,第4次循环以后,数值有所增加,但增幅不大,第5次循环后又有较小幅度的降低。饱和膨胀土的ψ值随循环次数的增加而变化反复不定,但总的数值变动幅度不大。
　　 2、将MATLAB图形图像处理技术和CT扫描技术应用到膨胀土裂隙的观测及定量化描述当中,探讨了干湿循环效应下膨胀土表面及内部裂隙的开裂及闭合情况。本文从裂隙率、分形维数和体积率三个方面对膨胀土裂隙进行定量化分析,其中体积率概念的提出,为膨胀土内部裂隙的定量化分析注入了一个新元素。分析表明:从整体趋势来看,随循环次数的增加,裂隙率、分形维数和体积率逐渐增大。
　　 3、通过GeoStudio系统软件中的SLOPE／W模块对膨胀土路堑边坡进行数值分析,探讨干湿循环效应对路堑边坡稳定性的影响。从整体趋势来看,随干湿循环次数的不断增加,膨胀土路堑边坡的稳定安全系数不断降低。对于同一高度的边坡,当坡率增大时,其稳定安全系数降低,但降低的幅度不大；对于同一坡率的边坡,当坡高增大时,其稳定安全系数降低,且降低的幅度较大。说明坡高对边坡稳定性的影响要大于坡率的影响。膨胀土路堑边坡土体的粘聚力与边坡的稳定性衰减系数具有非常相近的变化趋势,说明土体内部的粘聚力是影响边坡稳定性的主要因素之一。