冻融作用对黄土边坡剥落影响的试验研究

摘要

冻融作用是影响黄土边坡剥落的重要作用之一。由于黄土地区特定的气候环境和地形地貌条件,加之黄土独特的物理力学性质,冻融作用降低了斜坡土体的强度,导致坡面产生剥落病害,从而对公路边坡的稳定性产生隐患,对该地区的工程建设产生影响。随着西部大开发力度的逐步加大,冻融作用已成为冻土区公路边坡剥落病害研究的典型代表。本文以黄延高速公路洛川段黄土边坡为背景,以实验研究为基础,综合运用地质、岩土力学、计算机技术等理论和技术方法,对黄土边坡剥落病害的类型及发育特征进行归纳总结。在典型剥落边坡段取样,对所取Q2黄土在不同的含水率状态下,经过不同的冻融循环次数、冻结温度、冻结速度条件冻融后开展研究。系统的研究了Q2黄土在不同的冻融条件下黏聚力c和内摩擦角(φ)随冻融循环的变化情况,并根据试验结果建立了黏聚力c和内摩擦角(φ)与冻融循环次数N之间的关系。总结了黄土边坡的剥落类型,分析了黄土边坡的发育规律,探讨了冻融作用导致黄土边坡剥落的机理,对黄土边坡剥落病害的防治具有十分重要的作用和意义。
　　本文主要研究内容及研究成果如下:
　　(1)黄延高速公路边坡剥落病害主要发生在线路所经的洛川县境内,主要剥落类型有厚块状剥落、层状剥落、片状剥落、中层碎块状剥落以及表层结皮剥落;其边坡剥落具有集中性、向阳性、广泛发育在Q2离石黄土地层上等发育特征。
　　(2)Q2黄土土样在不同的冻融循环次数、冻结温度、冻结速度条件下,含水率稍有降低,塑限基本保持不变,液限降低,塑性指数降低,黏聚力c明显减小,内摩擦角(φ)略有减小,压缩性增大;在同一含水率条件下,随着冻结速度的降低,土样的黏聚力c减小,内摩擦角(φ)增大;同一冻结速度条件下,随着含水率的增大,土样的黏聚力c减小,内摩擦角(φ)先增大后减小;当含水率小于25％时,土样的内摩擦角(φ)值随着含水率的增大而增大,当含水率大于25％时,则随着含水率的增大而减小。
　　(3)随着含水率的变化,冻融作用对黄土细观结构的损伤不同,不同冻融条件对其内部结构产生的损伤不同;随着冻融循环次数的增加,CT均值逐渐下降。对于颗粒孔隙闭合程度较高的黄土,最初的几次冻融循环对损伤的扩展起着主导作用,损伤变量增大,而后逐渐趋于恒值;而对于孔隙贯通程度较高,离散型较大的黄土,随着冻融循环次数的增加,损伤变量平缓增大。
　　(4)分析得出洛川Q2黄土黏聚力c和内摩擦角(φ)与冻融循环次数N之间存在线性关系,二者均随冻融循环次数的增大而减小;建立了冻融作用引发黄土边坡剥落破坏的力学分析模型,并以莫尔--库伦准则为基础,得出了边坡剥落土体稳定性系数与冻融循环次数之间的关系,提出了冻融循环使得黄土黏聚力c和内摩擦角(φ)降低,从而使边坡土体抗剪强度下降,产生剥落破坏的结论。
　　本文研究对黄土边坡剥落病害防治、边坡稳定性的维护、道路工程边坡治理的经济性,都具有十分重要的理论意义和实际意义。

目录

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1选题背景及研究意义

1.2.国内外研究现状及存在的问题

1.3.研究内容、研究思路和方法及技术路线

2黄延高速公路黄土路堑边坡剥落病害的类型及发育特征

2.1 黄延高速公路概况

2.2 黄延高速公路黄土路堑边坡剥落病害的主要类型

2.3 黄延高速公路黄土路堑边坡剥落病害的发育特征

2.4小结

3 冻融作用对黄土性质影响的试验研究

3.1 试验概况

3.2 冻融循环次数对黄土物理性质影响的试验

3.3冻结温度对黄土力学性质影响的试验

3.4冻结速度对黄土力学性质影响的试验

3.5小结

4 冻融作用对黄土细观损伤的CT扫描试验分析

4.1 CT扫描试验原理

4.2试验分析方法

4.3冻融循环次数对洛川Q2黄土CT图像感兴趣区域特征试验分析

4.4冻结温度对洛川Q2黄土CT图像感兴趣区域试验分析

4.5冻结速度对洛川Q2黄土CT图像感兴趣区域特征试验分析

4.6 小结

5 冻融作用引起黄土边坡剥落的机理

5.1 冻融作用对黄土边坡产生剥落的机理

5.2冻融引发的边坡剥落破坏力学分析

5.3小结

6 结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

附 录