【摘要】：近年來(lái),隨著公路、鐵路工程建設(shè)速度的加快,工程建設(shè)所需穿越的工程地質(zhì)條件也越來(lái)越復(fù)雜,作為人類活動(dòng)最基本的地質(zhì)環(huán)境,黃土地區(qū)高填土邊坡不斷涌現(xiàn)。由于黃土特殊的結(jié)構(gòu)性和力學(xué)特性,強(qiáng)降雨極易導(dǎo)致該類邊坡的沖蝕破壞甚至是滑坡的產(chǎn)生。三門峽市地處豫西邊陲,是通秦連晉的咽喉要塞,區(qū)域內(nèi)公路通車?yán)锍踢_(dá)9343公里。作為東部產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移和西部資源輸出的必經(jīng)之地,急速發(fā)展的交通需求使得區(qū)域內(nèi)黃土填料的合理評(píng)價(jià)與利用問(wèn)題顯得日益突出。基于此,本文以三門峽黃土路堤邊坡為研究對(duì)象,進(jìn)行重塑黃土邊坡室內(nèi)模擬降雨試驗(yàn),通過(guò)監(jiān)測(cè)坡體累計(jì)變形及土體含水率的變化,深入分析了黃土邊坡在降雨作用下的漸進(jìn)破壞過(guò)程,同時(shí)利用PLAXIS2D有限元軟件進(jìn)行數(shù)值建模,研究了邊坡在間歇式降雨作用下坡體滲流場(chǎng)的變化情況。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步探討了降雨持時(shí)、土體含水率、降雨入滲深度以及坡體裂隙發(fā)育對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。本文的主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:(1)非飽和黃土的水理特性研究。利用已有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合典型的VG模型擬合出土體在不同壓實(shí)度下的土水特征曲線和滲透函數(shù)。再此基礎(chǔ)上采用應(yīng)變控制式三軸儀對(duì)不同含水率下的重塑黃土試樣進(jìn)行不排水不固結(jié)試驗(yàn),以進(jìn)一步研究含水率的變化對(duì)黃土抗剪強(qiáng)度參數(shù)的影響。研究表明,不同壓實(shí)度土體的土水特征曲線其飽和含水率呈現(xiàn)出隨試樣壓實(shí)的增大而逐漸減小的趨勢(shì),而殘余含水率的變化則正好之相反;土體含水率的變化對(duì)抗剪強(qiáng)度參數(shù)影響較大,主要表現(xiàn)在隨著含水率的增加,構(gòu)成黃土結(jié)構(gòu)性的膠狀物被分解溶蝕,土顆粒間的自由水膜變厚,吸力降低,土體粘聚力與內(nèi)摩擦角均呈現(xiàn)隨含水率的增大而線性降低的趨勢(shì)。(2)黃土邊坡降雨入滲室內(nèi)模型試驗(yàn)及失穩(wěn)機(jī)理研究。采用自制模型槽和重塑黃土邊坡進(jìn)行室內(nèi)模擬降雨試驗(yàn),通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)坡體的變形及含水率的分布情況,推導(dǎo)出邊坡失穩(wěn)的破壞模式。黃土邊坡的失穩(wěn)過(guò)程為:降雨入滲和徑流沖刷→坡腳軟化坍塌形成臨空面→上部土體容重、孔隙水壓增加→拉裂縫產(chǎn)生→內(nèi)部裂隙發(fā)育貫通形成軟弱層→邊坡土體下滑力增加及抗剪強(qiáng)度降低→失穩(wěn)破壞。(3)降雨入滲作用下坡體入滲規(guī)律研究。雨水的入滲過(guò)程實(shí)際上也是土體由非飽和逐步吸水到飽和的過(guò)程。降雨過(guò)程中雨水的入滲率是動(dòng)態(tài)變化的:在前兩次降雨試驗(yàn)中,雨水平均入滲率在60%~70%左右,到第3次降雨時(shí)平均入滲率下降到43%,之后便保持在30%左右,此時(shí)大部分雨水隨邊坡順流而下匯成坡面徑流,造成坡面水土流失和沖蝕溝的形成。由于土體滲透系數(shù)隨入滲深度的變化,雨水入滲過(guò)程會(huì)產(chǎn)生明顯的滯后現(xiàn)象,坡體濕潤(rùn)鋒的入滲速率會(huì)隨著土體深度的增加而逐漸減小;坡面徑流的產(chǎn)生使得其入滲能力提高,坡面處于有壓入滲狀態(tài)。坡面雨水的入滲速率約為坡頂入滲速率的3倍。(4)降雨入滲過(guò)程中坡體飽和度與基質(zhì)吸力的變化規(guī)律:反復(fù)降雨作用下,土體飽和度與降雨持時(shí)正相關(guān),隨著降雨的進(jìn)行浸潤(rùn)線下移至坡頂以下3m深處,并在此形成暫態(tài)飽和帶,降雨影響深度趨于穩(wěn)定。雨水的入滲會(huì)使得坡體基質(zhì)吸力逐漸降低,在經(jīng)歷短暫停雨間歇時(shí),坡體深部土體由于入滲的持續(xù)基質(zhì)吸力會(huì)繼續(xù)降低,但表層土體則由于水分的蒸發(fā),基質(zhì)吸力開(kāi)始增加。且隨著停雨間的延長(zhǎng)這種效果越明顯。(5)黃土邊坡降雨入滲作用下穩(wěn)定性分析:通過(guò)PLAXIS2D有限元軟件進(jìn)行數(shù)值建模,研究了邊坡穩(wěn)定性在降雨持時(shí)、坡體水分場(chǎng)以及裂隙位置3種因素影響下的變化規(guī)律。模擬結(jié)果表明降雨入滲作用下,黃土邊坡的安全性系數(shù)受降雨影響較大,會(huì)隨著降雨持時(shí)的增長(zhǎng)而顯著降低。邊坡穩(wěn)定系數(shù)變化曲線存在明顯的分界點(diǎn),該分界點(diǎn)主要與坡體臨界含水率、臨界入滲深度有關(guān),超過(guò)臨界值邊坡將失穩(wěn)。坡體裂隙的發(fā)育對(duì)其穩(wěn)定性影響極大,裂隙的出現(xiàn)為雨水入滲提供了快速通道,使得降雨作用效果更為“直接”。裂隙所在位置不同其影響程度也不一樣,坡面裂隙對(duì)邊坡的影響更為嚴(yán)重。
【圖文】：

技術(shù)路線圖

圖 2-1 某種粉質(zhì)粘土的土水特征曲線于土體本身的不均勻性，土-水特征曲線的影響因素較多。分和孔隙結(jié)構(gòu)是首要影響因素，，其它因素也是基于對(duì)這兩相互影響而起作用的，這些影響主要反映在土的進(jìn)氣值、殘[50][51-53]
【學(xué)位授予單位】：武漢工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U416.14

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本文編號(hào)：2646370