考虑裂隙影响的膨胀土路堑边坡稳定性及支护数值分析

摘要

大量研究表明,裂隙在膨胀土路堑边坡渗流及稳定性中所起的作用举足轻重。膨胀土由于具有吸水膨胀失水收缩的特点,当其含水率变化时,膨胀土将产生胀缩,而膨胀土的反复胀缩将导致胀缩性裂隙的产生,从而使得膨胀土边坡产生浅层滑动,严重影响膨胀土地区公路工程中路基和路堑边坡的稳定性。因此,对于膨胀土中裂隙的研究就显得尤为重要。为了了解膨胀土路堑边坡裂隙产生的过程,在降雨条件下考虑裂隙对边坡渗流场和稳定性的影响以及膨胀土边坡采用土工格栅支护的规律。本文结合广西南友高速宁明段出现的膨胀土问题进行研究,对已出现的问题进行解释分析,研究得到其中的规律。
　　 主要的研究工作及结论如下:
　　 1.通过对宁明地区气候因素、地质因素和水文因素的分析得到了膨胀土产生胀缩性的原因;归类总结了该地区边坡上所产生的裂隙;利用了裂隙的度量指标和测量统计的方法来分析边坡裂隙发育的程度;利用GeoStudio软件在非饱和膨胀土简化固结理论的基础上模拟了膨胀土在降雨和蒸发之后产生裂隙的过程,发现了裂隙在整个过程中呈现先扩展后有一定闭合的现象;分析了土体抗拉强度在裂隙发展过程中所起的作用,得到了土体抗拉强度对裂隙发展有一定抑制作用;
　　 2.选取了宁明地区一处典型的膨胀土边坡作为研究对象,研究了考虑不同裂隙深度和间距、降雨时长和降雨强度条件对膨胀土边坡渗流场以及稳定性的影响,结果表明裂隙深度对边坡渗流场及稳定性影响较大,而裂隙间距影响不明显;随着降雨时长的延长对边坡渗流场和稳定性影响越明显,降雨强度在一定范围内对边坡有影响,当降雨强度大于膨胀土饱和渗透系数后并没有明显的影响;
　　 3.针对宁明地区采用的土工格栅支护膨胀土边坡方案进行研究。首先,利用FLAC3D中的温度场代替湿度场,分析了不同土工格栅支护条件下膨胀土边坡的开裂情况,结果表明格栅支护提高了土体的抗拉强度可以明显减小边坡的开裂程度;分析了土工格栅的受力和位移,得到了格栅参数对边坡稳定性的影响规律;分析了格栅对边坡安全系数和边坡塑性区的影响,结果表明土工格栅对膨胀土边坡的加固作用是有效的。