【摘要】：近年來,隨著公路、鐵路工程建設速度的加快,工程建設所需穿越的工程地質(zhì)條件也越來越復雜,作為人類活動最基本的地質(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)性和力學特性,強降雨極易導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)公路通車里程達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)黃土填料的合理評價與利用問題顯得日益突出�；诖�,本文以三門峽黃土路堤邊坡為研究對象,進行重塑黃土邊坡室內(nèi)模擬降雨試驗,通過監(jiān)測坡體累計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破壞過程,同時利用PLAXIS2D有限元軟件進行數(shù)值建模,研究了邊坡在間歇式降雨作用下坡體滲流場的變化情況。在此基礎上,進一步探討了降雨持時、土體含水率、降雨入滲深度以及坡體裂隙發(fā)育對邊坡穩(wěn)定性的影響。本文的主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:(1)非飽和黃土的水理特性研究。利用已有的試驗數(shù)據(jù)結(jié)合典型的VG模型擬合出土體在不同壓實度下的土水特征曲線和滲透函數(shù)。再此基礎上采用應變控制式三軸儀對不同含水率下的重塑黃土試樣進行不排水不固結(jié)試驗,以進一步研究含水率的變化對黃土抗剪強度參數(shù)的影響。研究表明,不同壓實度土體的土水特征曲線其飽和含水率呈現(xiàn)出隨試樣壓實的增大而逐漸減小的趨勢,而殘余含水率的變化則正好之相反;土體含水率的變化對抗剪強度參數(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。(2)黃土邊坡降雨入滲室內(nèi)模型試驗及失穩(wěn)機理研究。采用自制模型槽和重塑黃土邊坡進行室內(nèi)模擬降雨試驗,通過實時監(jiān)測坡體的變形及含水率的分布情況,推導出邊坡失穩(wěn)的破壞模式。黃土邊坡的失穩(wěn)過程為: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。雨水的入滲過程實際上也是土體由非飽和逐步吸水到飽和的過程。降雨過程中雨水的入滲率是動態(tài)變化的:在前兩次降雨試驗中,雨水平均入滲率在60%~70%左右,到第3次降雨時平均入滲率下降到43%,之后便保持在30%左右,此時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,雨水入滲過程會產(chǎn)生明顯的滯后現(xiàn)象,坡體濕潤鋒的入滲速率會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)降雨入滲過程中坡體飽和度與基質(zhì)吸力的變化規(guī)律:反復降雨作用下,土體飽和度與降雨持時正相關,隨著降雨的進行浸潤線下移至坡頂以下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。雨水的入滲會使得坡體基質(zhì)吸力逐漸降低,在經(jīng)歷短暫停雨間歇時,坡體深部土體由于入滲的持續(xù)基質(zhì)吸力會繼續(xù)降低,但表層土體則由于水分的蒸發(fā),基質(zhì)吸力開始增加。且隨著停雨間的延長這種效果越明顯。(5)黃土邊坡降雨入滲作用下穩(wěn)定性分析:通過PLAXIS2D有限元軟件進行數(shù)值建模,研究了邊坡穩(wěn)定性在降雨持時、坡體水分場以及裂隙位置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,會隨著降雨持時的增長而顯著降低。邊坡穩(wěn)定系數(shù)變化曲線存在明顯的分界點,該分界點主要與坡體臨界含水率、臨界入滲深度有關,超過臨界值邊坡將失穩(wěn)。坡體裂隙的發(fā)育對其穩(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,坡面裂隙對邊坡的影響更為嚴重。
【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這兩相互影響而起作用的，這些影響主要反映在土的進氣值、殘[50][51-53]
【學位授予單位】：武漢工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U416.14

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本文編號：2646370