黄土渗透性及EPS颗粒混合轻质土填缝性能研究

摘要

泾阳南源地区自上世纪70年代以来，为了提高粮食产量，进行了大面积的农业灌溉，随之引发了大规模的塬边滑坡且呈现愈演愈烈之势。滑坡不但给当地居民造成了非常大的经济损失，更造成大量的人员伤亡。通过现场勘察发现，在距塬边一定距离范围内的裂缝、洞穴很发育，大量学者研究发现，塬边滑坡和裂缝洞穴发育有着很大的联系，雨水及灌溉用水会沿着裂缝洞穴快速进入土体，引起地下水位上升。本文以泾阳南塬为研究对象，通过野外勘查和现场试验、室内试验、数值模拟等方法研究地表水在土体中的渗透规律，研究 EPS颗粒混合轻质土的力学性能，并将之填充在裂缝中，以减缓甚至治理滑坡的发生。研究的主要内容为：
　　（1）通过现场实地勘察和调查，了解塬边裂缝的发育情况、记录村民冬灌时的灌溉时间、灌溉时的水头等。
　　（2）在塬边不同土层进行现场原位渗透试验，参照村民冬灌时的持续时间及水头进行试验，现场试验得出了不同土的饱和渗透系数，以及实验结束后土体在水平向和竖直向的最大渗透范围等。在用压力板仪测量各种土吸力的基础上，利用现场原位实验得到的渗透范围、室内渗透系数和VG模型拟合得到SWCC曲线并获得各类土的特征参数。
　　（3）在塬边试验地点不同土层取土，研究水平向和竖直向土样在围压为50kPa、100kPa、200kPa、300kPa、400kPa、500kPa、600kPa时的饱和渗透系数。结果显示：水平向和竖直向饱和渗透系数之比在围压较小（≤200kPa）时比值较大，当围压逐渐增大时比值逐渐缩小，当围压较大时（≥500kPa）比值接近于1，且土中气泡排出的时间随围压增大。
　　（4）通过正交试验获得了在适用性和经济性方面都满足的EPS颗粒混合轻质土配合比。控制吸力分别为0、50kPa、100kPa、200kPa，净围压分别为50kPa、100kPa、200kPa。利用三轴试验仪进行固结排水剪切试验，对 EPS颗粒混合轻质土进行湿化变形研究。结果显示：①在同一组的净围压下，当曲线对应的应变相同时，试验的吸力s越大，则剪切破坏时所需要的应力就会越大；在同一组吸力s下，当曲线对应的应变相同时，施加的净围压越大，则剪切破坏时所需要的应力就会越大。②对于剪切时的应力-应变关系曲线，曲线在初始阶段呈近直线方式增加，随后应变会持续增加而应力缓慢增加，最后呈现应变继续增加而应力减小的规律。③对于固结排水剪试验，给出了剪切初始阶段的应力-应变关系曲线的线性简化模型。
　　（5）为研究塬边裂缝对滑坡的影响，根据已有资料和现场勘查资料利用 GEO-SL OPE数值分析软件进行建模分析，结果显示：裂缝距离塬边位置一定时，随着裂缝深度的增大，稳定安全系数减小；裂缝深度一定时，随着距离塬边的距离越近，稳定安全系数越小；得出了维持斜坡稳定时，裂缝深度和裂缝到塬边距离的临界状态线。
　　（6）在已有模型的基础上，将黄土和EPS颗粒混合轻质土分别填充至模型裂缝中，根据村民灌溉时间，模拟不灌溉、灌溉一年和灌溉十三年边坡的安全系数变化情况。

目录

声明

第一章 绪论

1.1选题目的及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文研究内容及技术路线

第二章 试验场地土体工程条件

2.1研究区范围

2.2 气候、水文特点

2.3地层结构

2.4场地土的物理及力学性质

2.5地下水位变化

第三章 黄土的渗透性研究

3.1恒水头渗透试验

3.2 原位双环法渗水试验

3.3 压力板仪试验

3.4本章小结

第四章 EPS轻质土正交试验与固结排水剪试验

4.1正交试验设计

4.2 EPS颗粒混合轻质土的固结排水剪试验

4.3本章小结

第五章 边坡稳定性分析

5.1 二种计算方法对比

5.2 数值计算方案

5.3 数值计算模型

5.4计算结果

5.5计算结果分析

5.6本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢