膨胀土路堑边坡变形特性及破坏机理研究

摘要

膨胀土是一种吸水膨胀软化、失水收缩开裂的特殊粘性土，在路堑边坡工程中，常常出现滑塌等现象，其严重制约着我国中、西部膨胀土地区高等级公路的建设。为此，本文结合西部交通建设科技项目“膨胀土地区公路修筑成套技术研究”，通过室内试验和现场监测，分析研究膨胀土基本工程性状和了解掌握膨胀土路堑边坡含水量和吸力变化规律，以及定量分析干湿循环条件下膨胀土坡体强度和吸力场变化特征，并利用数值模拟技术对膨胀土边坡稳定性进行模拟分析。 本文首先通过大量室内试验，获得了南阳一邓州高速公路路堑边坡膨胀土的矿物组成以及各项物理化学指标，并采用标准吸湿含水率表征该膨胀土的工程特性，判定其为中强膨胀土。 其次通过膨胀土的膨胀变形试验，强度试验以及干湿循环效应对膨胀土抗剪强度的影响，探讨了其变形参数和抗剪强度参数的变化规律，为稳定性分析提供可靠的参数依据，并提出了膨胀土的实用型本构模型。 进而以膨胀土室内试验数据为依据，将南邓路膨胀土的土水特征曲线的方程以及渗透系数随含水量的变化方程用于渗流分析中，有效地模拟了降雨入渗条件下非饱和渗流场，并利用大型差分有限元软件FLAC进行了膨胀土强度和变形参数取值的分析，得到了土性参数的变化规律。 最后以南邓路的破坏模式为基础，针对受干湿循环影响的膨胀土路堑边坡，应用计算机数值仿真模拟手段，分析降雨条件下堑坡的变形和破坏特点，实现了渗透系数可随环境干湿循环而变化的数值分析过程，为膨胀土堑坡变形破坏机理的认识和相关工程防护加固处治措施的制定提供参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1概述

1.2膨胀土路堑边坡的工程特点

1.3国内外研究现状与水平

1.3.1膨胀土边坡变形机理研究

1.3.2膨胀土本构模型研究进展

1.3.3路堑边坡膨胀土处治技术及应用研究

1.4本文主要研究内容与工作

第2章 南邓高速公路膨胀土的工程特性

2.1概述

2.2膨胀土的矿物组成及物理化学特性

2.2.1膨胀土的矿物成分

2.2.2膨胀土的物理化学性质

2.2.3膨胀土的颗粒组成

2.3膨胀土的工程特性

2.3.1膨胀土的含水量

2.3.2膨胀土的塑性

2.3.3膨胀土的干燥活化特性

2.3.4膨胀土的压缩性

2.4邓县膨胀土的判别及其工程分类

第3章 膨胀土的室内试验及成果分析

3.1概述

3.2膨胀土的膨胀变形试验

3.2.1试验方法

3.2.2试验结果及分析

3.2.3增湿作用对膨胀土变形参数的影响

3.3膨胀土的强度试验

3.4干湿循环效应对膨胀土抗剪强度的影响

第4章 膨胀土路堑边坡渗流场分析

4.1湿度应力场理论

4.1.1非饱和渗流控制方程

4.1.2定解条件

4.2膨胀土渗透特性及其参数确定

4.2.1土水特征曲线

4.2.2南邓路膨胀土的渗透特性

4.3膨胀土路堑边坡增湿变形的数值模拟

4.3.1计算模型

4.3.2膨胀土本构模型

4.3.3膨胀土强度参数的取值

4.3.4膨胀土变形参数的取值

4.3.5膨胀系数的取值

4.4路堑边坡内变形参数分析

4.5路堑边坡内强度参数分析

第5章 干湿循环对膨胀土路堑边坡变形的影响分析

5.1失水过程膨胀土路堑边坡的变形特性

5.1.1计算模型及网格划分

5.1.2算例及结果分析

5.2增湿作用下膨胀土路堑边坡局部破坏特性

5.2.1计算模型及网格划分

5.2.2计算结果

5.3增湿作用下膨胀土路堑边坡的变形特性

结语

参考文献

致谢