干湿循环下变坡比膨胀土边坡渗流及稳定性分析

【摘要】：膨胀土是一种吸水膨胀、失水收缩的高塑性粘土,具有超固结性、多裂隙性等不良工程特性。膨胀土边坡易受气候变化的影响,其降雨蒸发干湿循环效应显著,大量的膨胀土边坡失稳是发生在降雨期间或者降雨之后,其治理难度大。在降雨蒸发过程中,对于遇水极为敏感且渗透性极低的膨胀土边坡而言,膨胀土的密度和结构在局部范围内发生变化。而体积含水率的分布变化在降雨蒸发过程中能被最直接的反映出来,也是反映土体强度的最直接的物理量。本文通过室内试验、理论分析与数值模拟相结合的方法,建立了土柱模型、不同坡比的膨胀土边坡模型,旨在探讨降雨蒸发干湿循环对土柱和边坡土体内部体积含水率分布的影响。本文主要研究工作及成果概括如下:(1)在蒸发阶段,土柱表层土体水分消散的较快,随着土体埋深增大,水分消散的越慢,并且呈现一定的规律性。在降雨阶段,不同的降雨强度对土柱内部体积含水率分布的影响也不同,在一定范围内,降雨强度越大,其影响越明显;而超过一定范围,随着降雨强度增大,其影响是有限的。(2)蒸发效应的敏感性分析,主要考虑气候条件对蒸发的影响。结果表明,净辐射量、风速和最大相对温度对土体蒸发的影响较大,尤其以净辐射量和最大相对温度对蒸发的影响最为显著。(3)在降雨蒸发干湿循环条件下,膨胀土边坡的不同部位的干湿效果不同,坡顶的干湿循环效果最为明显,其次是坡中和坡脚。用nz wwwe????max0???曲线方程可以很好地描述膨胀土边坡的水分空间分布特性及变化规律,在此基础上提出了考虑降雨蒸发条件下以土体埋深为变量的膨胀土边坡土体强度关系式,即强度~体积含水量~埋深的关系式。(4)通过不同坡比的膨胀土边坡渗流分析,发现坡比不同,降雨对边坡整个渗流场的影响也不同。坡比的差异性在降雨初期和后期表现的较为明显,坡比越小,水分分布梯度越大,且具有显著的降雨滞后效应。(5)根据强度~体积含水率~埋深关系式,对膨胀土边坡进行了强度分层,强度分层的边坡稳定性要高于不分层的边坡稳定性。边坡稳定性受坡比的影响强烈,对于某特定的气候环境和土性参数,在一定范围内,存在一个最优坡比,边坡安全系数取极大值。
【关键词】：膨胀土 干湿循环 边坡稳定性 变坡比
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU443