漢中地區(qū)膨脹土工程特性及其滑坡變形機理研究.pdf

1、膨脹土作為一種特殊性質(zhì)的土體，具有隨著含水量不斷變化表現(xiàn)出顯著的吸水膨脹、失水收縮、浸水后承載力較大幅度衰減的特征。這些有別于其它類別土體的工程地質(zhì)特性，使得其所組成的路塹邊坡也呈現(xiàn)出特定的穩(wěn)定性能。論文以十天高速陜西漢中勉縣境內(nèi)的武侯服務(wù)區(qū)附近膨脹土路塹邊坡為研究對象，采用室內(nèi)試驗、理論分析、計算程序開發(fā)以及數(shù)值模擬等綜合手段，較為深入的掌握了該地區(qū)膨脹土的基本特性，進而開展了考慮裂隙影響的降雨誘發(fā)膨脹土滑坡變形機理、預(yù)警性降雨閾值以

2、及膨脹土滑坡防護措施的研究工作，取得了以下幾個方面的研究成果和主要認識:
　　(1)通過瞬態(tài)水力特性循環(huán)試驗，得到了不同水力路徑條件下漢中地區(qū)膨脹土的土-水特征函數(shù)曲線(SWCC)，并基于該曲線數(shù)據(jù)推導得到了相應(yīng)的滲透系數(shù)特征函數(shù)曲線(HCF)。試驗結(jié)果表明，處于不同水力路徑進程中的同一類型膨脹土，會呈現(xiàn)出差異明顯的水力學特性，也即具有明顯的“滯后效應(yīng)”。從微觀結(jié)構(gòu)入手，探究了孔隙水賦存及滲流形式，揭示了非飽和膨脹土的“滯后效應(yīng)”

3、機理。
　　(2)基于不同水力路徑下不同含水量時的膨脹土抗剪強度試驗結(jié)果表明，當土體由飽和狀態(tài)進入非飽和狀態(tài)后，所產(chǎn)生的基質(zhì)吸力會對土體強度的提升產(chǎn)生積極影響。這種強度貢獻形式，主要表現(xiàn)為通過轉(zhuǎn)化為土體粘聚力的形式來實現(xiàn)。但不能就此認為膨脹土基質(zhì)吸力越大或含水量越低，其強度會相應(yīng)的持續(xù)加大。因為在其含水量的正常變動范圍內(nèi)，由于基質(zhì)吸力貢獻作用而存在一個強度峰值。
　　通過對研究區(qū)飽和膨脹土樣本進行固結(jié)試驗，掌握了該地區(qū)飽和膨

4、脹土在不同加載條件下的固結(jié)變形特征，得到了相應(yīng)的固結(jié)變形模型方程，并將膨脹土排水固結(jié)變形情況予以程序?qū)崿F(xiàn)。按照土樣采集時所處的應(yīng)力環(huán)境進行加載偏應(yīng)力路徑設(shè)置，完成了六級加載條件下的三軸蠕變試驗。在試驗數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的蠕變模型方程。結(jié)合固結(jié)變形與蠕變變形模型方程，對膨脹土流變特性進行描述。
　　(3)根據(jù)漢中地區(qū)膨脹土的XRD圖譜，確定了其產(chǎn)生脹縮特性的主要親水性礦物組份和含量，并通過微觀結(jié)構(gòu)掃描手段，確定了含水量變化時

5、，土體礦物產(chǎn)生物化反應(yīng)及土體顆粒排列與接觸形式（面-面、點-面以及點-點三種形式）的規(guī)律。為了進一步分析非飽和膨脹土裂隙發(fā)育特征，基于Otsu理論的圖像分割算法編寫了裂隙識別程序，提出了可用于描述裂隙率與含水量的經(jīng)驗型函數(shù)關(guān)系式。
　　(4)利用裂隙均布理論以及本文所得的裂隙率與含水量經(jīng)驗型函數(shù)關(guān)系式，通過數(shù)值模擬手段，對不同裂隙發(fā)育狀況下的漢中地區(qū)膨脹土路塹邊坡，進行了雨水入滲時坡體變形發(fā)展規(guī)律及潛在滑坡形態(tài)等方面的研究。較為深