干湿循环下石灰改良膨胀土路堤离心模型试验研究

摘要

本文以南宁铁路枢纽动车运用所的石灰改良膨胀土路堤为研究对象，以室内离心模型试验为研究手段，通过三次干湿循环试验，研究石灰改良膨胀土路堤的工程力学特性。论文主要工作和结论如下:
　　基于量纲分析原理，根据流体质量连续性方程和热传导方程，推导出满足离心模型试验相似原理的蒸发相似关系。通过加热装置的率定试验，验证了该蒸发相似关系具有一定的可行性，可用于离心模型试验加热时间的控制。
　　设计了离心机加载过程中的降雨—加热系统，该系统可实现均匀降雨和蒸发。通过降雨装置的率定试验，得到该降雨装置的降雨均匀性系数为84.8％，降雨强度为0.7mm/min。通过加热装置的率定试验，得到该加热装置的平均蒸发强度为0.13mm/min。
　　三次蒸发—降雨循环离心模型试验后，石灰改良膨胀土路堤表面仅出现轻微的变形破坏，边坡的稳定性并未受到影响。
　　在模型不同位置埋设微型土压力盒、水势传感器以及含水率传感器，实时监测路堤在干湿循环过程中土压力、吸力、含水率、温度等的变化规律。得到以下试验结果:
　　(1)土压力随含水率的降低而减小，随含水率的升高而增大。在蒸发和降雨过程中土压力与含水率的关系曲线不重合。这说明膨胀土路堤土压力的变化，是土体中含水率变化引起土体自重的变化和膨胀土在不同含水率下所产生的膨胀土压力变化的综合结果。
　　(2)通过对路堤中吸力和含水率实时监测曲线发现:在降雨和蒸发阶段，在某一含水率范围内，吸力的变化速率较小;超过这一含水率，吸力的变化速率较大。在降雨和蒸发过程中石灰改良膨胀土的土水特征曲线不重合。这说明石灰改良膨胀土吸力与含水率的变化曲线是不稳定的，它与土体含水率的变化路径有关。
　　(3)从不同深度含水率曲线可以得到，监测点越靠近路堤表面，含水率的变化幅度越大。降雨阶段渗入到土体内部的水，在加热蒸发阶段不易被完全蒸发。因此，三次加热蒸发后，不同位置含水率均有所增加。
　　(4)温度的监测结果显示，温度在加热阶段变化较大，降雨对路堤温度的影响较小。随着深度的增加，温度的增幅减小。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 膨胀土路堤国内外研究现状

1．2．1 膨胀土工程特性研究现状

1．2．2 干湿循环下膨胀土特性研究现状

1．2．3 石灰改良膨胀土研究现状

1．3 论文研究的目的和内容

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．4 研究方案及技术路线

1．4．1 研究方法

1．4．2 技术路线

第2章 离心模型试验干湿循环系统设计

2．1 离心模型试验研究现状

2．1．1 离心模型试验国内外研究现状

2．1．2 离心模型试验在膨胀土中的应用

2．2 离心模型试验干湿循环系统设计

2．2．1 降雨系统

2．2．2 加热系统

2．3 小结

第3章 离心模型试验试验原理及相似关系

3．1 引言

3．2 试验原理

3．3 一般相似关系

3．3．1 固结相似比尺

3．3．2 渗透系数相似比尺

3．4 降雨蒸发相似比尺

3．4．1 一维流体质量连续方程

3．4．2 热传导方程

3．5 离心模型试验误差分析

3．5．1 离心机启动和制动误差

3．5．2 边界效应与尺寸效应

3．5．3 采集系统引起的误差分析

3．6 小结

第4章 石灰改良膨胀土路堤离心模型试验

4．1 引言

4．2 试验设备及相似关系

4．2．1 试验设备

4．2．2 相似关系

4．3 原型及模型参数确定

4．3．1 试验原型的确定

4．3．2 模型参数的确定

4．4 试验材料的确定

4．5 试验方案

4．6 模型制作

4．6．1 监测仪器布设

4．6．2 模型制备

4．7 测试内容及测试元件

4．7．1 微型土压力盒

4．7．2 含水率监测系统

4．7．3 吸力监测系统

4．7．4 Em50数据采集仪

4．8 试验过程

4．8．1 试验准备工作

4．8．2 干湿循环试验

4．8．3 试验进度及现象描述

4．9 小结

第5章 离心模型试验结果分析

5．1 干湿循环测试分析

5．1．1 降雨装置测试分析

5．1．2 加热装置测试分析

5．2 离心模型试验数据分析

5．2．1 土压力监测结果分析

5．2．2 吸力监测结果分析

5．2．3 含水率监测结果分析

5．2．4 温度监测结果分析

5．3 土压力与含水率关系分析

5．3．1 竖向土压力与含水率关系分析

5．3．2 侧向土压力与含水率关系分析

5．4 吸力与含水率关系曲线

5．5 小结

结论与展望

结论

进一步研究的建议与展望

致谢

参考文献