新型固化剂加固黄土边坡技术试验研究

摘要

黄土高原地形破碎，暴雨集中且雨量大;黄土颗粒细，土质松软，结构疏松、富含可溶性矿物质成分;孔隙度大、透水性强、遇水易崩解、抗冲蚀性弱，黄土地区边坡由于受雨水的冲蚀破坏和环境变化的影响一般稳定性较差。所以开展黄土边坡加固措施研究，对黄土边坡防护及水土保持建设实践具有一定的意义。
　　本文采用新型固化剂SH固化山西太原地区黄土。通过室内土工和人工模拟边坡冲刷试验，研究了SH固化黄土的抗剪强度特性影响因素和规律，分析了影响边坡坡面稳定的主要因素，并探讨SH固化剂固土及植草固土的方法对提高边坡稳定及抗冲刷性的防护效果。主要研究成果如下:
　　(1)黄土的抗剪强度较低，黏聚力和内摩擦角随着含水率的增加而明显减小，随着干密度的增加而显著增大。但一般内摩擦角小于15°，黏聚力小于90kPa，黄土边坡工程容易发生边坡失稳破坏。
　　(2) SH固化剂的加入有效的提高了黄土的抗剪强度。其黏聚力比黄土增大了69.97％～337.61％，内摩擦角比黄土增大了46.74％～286.34％。在一定范围内，SH固化黄土的内摩擦角和黏聚力随着掺量和干密度增大及龄期的延长呈递增的趋势，随含水率的增加而显著减小。
　　(3)干湿循环试验表明:经过15次干湿循环后，固化黄土仍然保持较高的抗剪强度，表明其具有较好的抗干湿循环能力及水稳性良好;冻融循环试验表明:经过25次冻融循环后，固化黄土仍然保持较好的完整性及一定的抗剪强度，SH固化黄土具有较好的抗冻融循环能力。
　　(4)影响黄土边坡坡面稳定及抗冲蚀能力强弱主要由放水流量和压实度决定。黄土坡面所产生的径流总量随着放水流量和压实度的增大而增大，黄土边坡的产沙总量随着放水流量的增大而增大，随坡面压实度的增大而减小。径流含沙量随放水流量的增大呈现递增趋势。
　　(5) SH固化剂可显著提高边坡坡面的抗冲刷能力，减少坡面侵蚀产沙量。SH固化黄土坡面的径流含沙量随着SH掺量的增大、养护龄期的延长、而减少;随着放水流量的增大，固化黄土坡面的径流含沙量呈先增大后逐渐趋于稳定的趋势。坡面的径流率受固化剂掺量和龄期的影响较小。
　　(6) SH固化植草坡面的产沙总量与径流总量比黄土和SH固化黄土坡面的都小。
　　综合考虑SH固化剂对黄土抗剪特性及边坡抗冲蚀性的影响，建议在山西地区的黄土边坡防护加固工程中可以应用SH固化剂，且适宜掺量为6％-10％，压实度为85％左右，养护龄期保证14天以上，就能够明显提高边坡坡体的强度特性及抗冲蚀能力，有效地防止水流对坡面的冲蚀破坏而引起的边坡失稳。黑麦草播种量为40g/m2，边坡坡面上黑麦草生长情况良好，进一步对边坡土体进行加固，从而达到固土护坡和生态护坡的双重目的，是黄土边坡防护的一个新发展方向。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景、目的及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 边坡坡面防护技术的研究

1．2．2 土壤改良技术在边坡防护中的应用

1．2．3 固化材料在边坡防护中的应用

1．3 目前研究存在的问题

1．4 研究目标及主要内容

1．4．1 SH固化剂加固黄土抗剪特性研究

1．4．2 边坡坡面抗冲蚀性能的试验研究

1．4．3 SH固化土边坡坡面抗冲蚀稳定性的试验研究

1．4．4 固化植草技术在黄土边坡坡面防护的应用研究

1．5 研究技术路线

第二章 研究方法及试验设计

2．1 供试材料

2．1．1 试验黄土

2．1．2 固化剂

2．1．3 草种

2．2 土工试验设计与方法

2．2．1 试样制备

2．2．2 试验设计

2．2．3 试验内容及方法

2．3 放水冲刷试验

2．3．1 冲刷试验装置

2．3．2 试验设计

2．3．3 试验内容及方法

第三章 固化黄土的抗剪强度特性

3．1 黄土和SH固化土的击实特性

3．2 黄土的抗剪强度特性及其影响因素

3．2．1 试验结果分析

3．2．2 干密度与黄土抗剪强度的关系

3．2．3 含水率与黄土抗剪强度的关系

3．3 SH固化黄土的抗剪强度特性及其影响因素

3．3．1 不同干密度下抗剪强度的变化

3．3．2 不同含水率下抗剪强度的变化

3．3．3 不同掺量和龄期下抗剪强度的变化

3．4 本章小结

第四章 环境变化对固化黄土抗剪强度的影响

4．1 干湿循环效应对固化黄土抗剪强度的影响

4．1．1 干湿循环过程中黏聚力的变化

4．1．2 干湿循环过程中内摩擦角的变化

4．1．3 应力应变关系分析

4．1．4 固化黄土的变形特征

4．2 冻融循环效应对固化黄土抗剪强度的影响

4．2．1 试验结果分析

4．2．2 冻融循环效应对黏聚力的影响

4．2．3 冻融循环效应对内摩擦角的影响

4．2．4 固化黄土的变形特征

4．3 SH固化剂加固黄土的机理

4．4 本章小结

第五章 边坡坡面抗冲蚀性能的试验研究

5．1 不同流量下坡面径流产沙的变化规律

5．1．1 放水流量与径流产沙总量的关系

5．1．2 放水流量与径流率的关系

5．1．3 放水流量与径流含沙量的关系

5．2 不同压实度下径流产沙的变化规律

5．2．1 压实度对径流产沙总量的影响

5．2．2 压实度对径流含沙量的影响

5．2．3 压实度对径流率的影响

5．3 本章小结

第六章 SH固化黄土边坡坡面的抗冲蚀稳定性

6．1 掺量对边坡坡面径流产沙的影响

6．1．1 不同掺量下径流率的变化

6．1．2 不同掺量下径流含沙量的变化

6．2 放水流量对边坡坡面径流产沙的影响

6．2．1 放水流量与径流率的关系

6．2．2 放水流量与径流含沙量的关系

6．3 龄期对边坡坡面径流产沙的影响

6．3．1 龄期对坡面径流含沙量的影响

6．3．2 龄期对坡面径流率的影响

6．4 本章小结

第七章 固化植草防护在黄土边坡坡面防护的应用

7．1 固化植草防护措施对坡面抗冲刷性的影响

7．1．1 固化植草措施对径流含沙量的影响

7．1．2 固化植草措施对产流的影响

7．2 固化植草护坡措施调控坡面水沙效应

7．2．1 黄土、SH固化黄土和固化植草坡面径流总量的对比

7．2．2 黄土、SH固化黄土和固化植草坡面产沙总量的对比

7．3 本章小结

第八章 结论与展望

8．1 主要结论

8．2 有待深入研究的问题

参考文献

附图

致谢

攻读硕士期间发表论文情况