本文選題：花崗巖殘積土 + 非飽和土　； 參考：《南昌大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：崩崗侵蝕是南方花崗巖地區(qū)土壤侵蝕最為嚴(yán)重的類型,而我省的贛南地區(qū)是崩崗侵蝕發(fā)育重災(zāi)區(qū)。影響邊坡崩崗侵蝕的因素是多方面的,水是最主要的外因,降雨入滲導(dǎo)致非飽和土邊坡含水量增加,從而導(dǎo)致土中的基質(zhì)吸力也相應(yīng)地發(fā)生變化,土體的強(qiáng)度等特性也相應(yīng)發(fā)生改變。贛南崩崗區(qū)以花崗巖風(fēng)化殼殘積土為主,該類土的物理力學(xué)性質(zhì)受水的影響顯著,同時還經(jīng)受干濕循環(huán)作用,開展該類土的非飽和土特性研究可以為贛南地區(qū)崩崗侵蝕機(jī)理研究和防治提供理論支持。本文將以花崗巖殘積土為研究對象,采用非飽和土三軸儀和壓力板儀等實(shí)驗(yàn)儀器研究其強(qiáng)度和變形特征以及土水特征曲線的測定,開展基于貝葉斯理論的土水特征曲線預(yù)測研究,建立了采用有限數(shù)據(jù)對土水特征曲線有效地預(yù)測的方法,同時進(jìn)行土水特征曲線模型參數(shù)的不確定性分析,獲得土水特征曲線的置信區(qū)間,并應(yīng)用到降雨條件下的邊坡穩(wěn)定性分析中。(1)為探討崩崗區(qū)非飽和花崗巖殘積土強(qiáng)度和變形特性,利用非飽和土三軸儀對重塑土樣進(jìn)行控制吸力固結(jié)排水剪切試驗(yàn),研究干密度、凈圍壓和基質(zhì)吸力等因素對應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、強(qiáng)度特性和體變特性的影響,分析非飽和花崗巖殘積土在控制吸力條件下的剪切性狀,研究表明其應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系取決于凈圍壓和基質(zhì)吸力兩者組合。通過分析基質(zhì)吸力對非飽和土強(qiáng)度的貢獻(xiàn)可知,基質(zhì)吸力對黏聚力有較大的影響,且呈線性增長趨勢,而對有效內(nèi)摩擦角影響則較小。同樣對石灰改良花崗巖殘積土進(jìn)行控制吸力固結(jié)排水剪切試驗(yàn),以研究石灰含量對非飽和改良土的強(qiáng)度和變形特性的影響,試驗(yàn)分別采用摻灰比0%、4%和8%的改良花崗巖殘積土,同時還選用了兩種顆粒尺寸(1mm,2mm)花崗巖殘積土進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn),石灰改良土的黏聚力和摩擦角隨著石灰含量的增加而增大,其強(qiáng)度也相應(yīng)提高,且黏聚力提高更加明顯,而細(xì)顆粒土其顆粒尺寸對強(qiáng)度的影響較小。(2) 土水特征曲線用于描述非飽和土中含水量或飽和度與基質(zhì)吸力之間的關(guān)系,在非飽和土力學(xué)中非常重要。本文采用GEO-Experts 土水特征曲線壓力板儀對崩崗區(qū)花崗巖殘積土進(jìn)行大量的土水特征曲線實(shí)驗(yàn),測定了不同初始干密度、不同顆粒級配、不同石灰摻加量以及干濕循環(huán)作用下的重塑非飽土崩崗區(qū)花崗巖殘積土試樣的土水特征曲線。研究表明:初始干密度對土水特征曲線有影響明顯,土水特征曲線隨著干密度的增大明顯下移,當(dāng)基質(zhì)吸力較大時,有著相互聚攏的趨勢;當(dāng)干密度相同時,顆粒級配小的土樣的吸力更大;土水特征曲線也有隨著石灰含量的增加而下移的趨勢,表明其水穩(wěn)定性變好;在干濕循環(huán)作用下,土水特征曲線的脫濕曲線和吸濕曲線有顯著的滯回現(xiàn)象,滯回圈的面積隨著干密度的增大和干濕循環(huán)次數(shù)的增加而減小,摻入石灰后滯回圈的面積也變小。同時還進(jìn)行了顆粒級配和豎向應(yīng)力對土水特征曲線的影響研究,通過施加豎向應(yīng)力以模擬不同顆粒級配的土壤在受力狀態(tài),并獲得其相應(yīng)的土水特征曲線。在無豎向應(yīng)力時,不同顆粒級配土樣的土水特征曲線差別不大,但有豎向應(yīng)力時,不同顆粒級配土樣的土水特征曲線差別明顯,且有隨著豎向應(yīng)力增加而增大的趨勢。在低基質(zhì)吸力區(qū)豎向應(yīng)力對土水特征曲線的影響更為明顯,而在高基質(zhì)吸力區(qū)的影響則相對更小。根據(jù)試驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)利用Fredlund Xing模型、Van Genuchten模型和Gardner模型三種土水特征曲線擬合模型對其進(jìn)行擬合,通過三種模型的擬合結(jié)果對比可知,VanGenuchten模型可以很好地描述和預(yù)測崩崗侵蝕區(qū)非飽和花崗巖殘積土的土水特征曲線。(3)考慮到巖土工程參數(shù)和計(jì)算模型存在不確定性,根據(jù)土水特征曲線預(yù)測的自身特點(diǎn),建立基于貝葉斯更新的土水特征曲線預(yù)測框架,將利用現(xiàn)有兩種土水特征曲線預(yù)測模型Fredlund Xing模型和Van Genuchten模型與試驗(yàn)實(shí)測信息相融合,采用貝葉期更新理論框架和前期觀測數(shù)據(jù)對理論計(jì)算模型中的計(jì)算參數(shù)更新,再利用更新后的參數(shù)對土水特征曲線進(jìn)行更為精確的預(yù)測,通過模型參數(shù)的不斷更新實(shí)現(xiàn)土水特征曲線動態(tài)預(yù)測。當(dāng)采用合理的測量誤差的標(biāo)準(zhǔn)差時,采用有限的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更新后預(yù)測的土水特征曲線精確度較高,通過貝葉斯更新和實(shí)驗(yàn)方法結(jié)合方法為快速有效地預(yù)測土水特征曲線提供了一種析途徑。(4) 土水特征曲線擬合模型中存在多個似合參數(shù),各參數(shù)的值通過實(shí)驗(yàn)方法獲得且具有不確定性。本文探索采用貝葉斯理論分析擬合參數(shù)的不確定性,將土水特征曲線擬合參數(shù)作為隨機(jī)變量,采用Fredlund Xing模型、Van Genuchten模型和Gardner模型三種模型以及花崗巖殘積土的土水特征曲線試驗(yàn)數(shù)據(jù),以馬爾可夫鏈蒙特卡羅方法(MCMC方法)的延遲拒絕適應(yīng)性算法(DRAM算法)獲得模型參數(shù)后驗(yàn)分布抽樣,獲得了不同置信區(qū)間的土水特征曲線及其對應(yīng)參數(shù)值,該方法可以有效地估計(jì)土水特征曲線模型的參數(shù),并獲得土水特征曲線的置信區(qū)間。(5) 土水特征曲線在邊坡的滲流和穩(wěn)定性分析中具有非常重要的作用,結(jié)合土水特征曲線的不確定性,研究了土水特征曲線的置信度對降雨入滲邊坡的滲流場和邊坡安全系數(shù)的影響,獲得非飽和土邊坡滲流場和穩(wěn)定性隨置信度的變化規(guī)律。不同置信度的土水特征曲線對邊坡滲流場影響較大,且孔隙水壓力隨降雨歷時變化最為明顯,孔隙水壓力隨降雨歷時的增長速率隨著土水特征曲線的置信度百分點(diǎn)的增加而增大;隨著置信度百分點(diǎn)的增加,降雨條件下的邊坡穩(wěn)定性在相應(yīng)減小。
[Abstract]:In this paper , the influence of soil water characteristic curve is studied by means of non - saturated soil triaxial apparatus and pressure plate instrument . ( 2 ) The soil - water characteristic curve of soil - water characteristic curve is more obvious when the soil - water characteristic curve has obvious influence on the soil - water characteristic curve . ( 4 ) There are a plurality of likelihood parameters in the curve fitting model of the soil water characteristic . The value of each parameter is obtained by the experimental method and has uncertainty . The soil water characteristic curve and its corresponding parameter value are obtained by using the Bayesian theory to analyze the uncertainty of the fitting parameters .
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TU43

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1967017