干湿循环作用下花岗岩残积土边坡模型试验研究及数值分析

发布时间：2020-06-23 12:55

【摘要】：自然环境中,各类边坡经受降雨和日照过程的影响。在降雨时,雨水渗入土中,土体因含水率升高,逐渐发生软化,强度降低;在日照时,土体表面温度上升,土中水气蒸发进入空气中,土体含水率逐渐降低,发生收缩开裂。当不断地受到降雨——日照循环作用时,土体不断发生地吸水膨胀——失水收缩,在此过程中其力学性能逐渐发生改变,土粒间的相互作用被削弱,边坡的稳定性下降,当遇到强度较大的降雨时,可能就会发生破坏。因此,研究边坡在干湿循环作用下的响应就显得格外重要。本文通过开展干湿循环下花岗岩残积土边坡模型试验,用含水率传感器和张力计监测边坡的含水率、吸力变化,在边坡上取试样进行直剪试验测量抗剪强度,并采用滤纸法测量试样的吸力,同时,观察模型边坡表面裂缝的开展及侧面的变形。两个模型箱同时开展试验,以对比两个不同干湿循环幅度下边坡的响应。试验发现,在干燥过程中,含水率随深度的增加而变大;随着干湿循环次数的增加,边坡同一深度下的最大吸力、黏聚力均逐渐下降并趋于稳定;而内摩擦随干湿循环次数的增加无明显的规律;边坡表面和侧面的裂缝随干湿循环次数的增加数量增多,裂缝宽度变宽,且在坡脚处的裂缝数量最多,对比不同循环幅度下的试验结果可知,随着干湿循环次数的增加,大循环幅度试验下边坡同一深处的含水率、吸力、黏聚力的下降幅度均比小循环幅度试验更大,且边坡表面开展的裂缝也更多。以上结果均在一定程度上真实反应了边坡在降雨——日照条件下的响应情况。通过进行边坡流固耦合数值模拟分析,发现基质吸力随干湿循环次数的增大而降低,而降雨时间越长,基质吸力下降幅度也就越大。对边坡进行稳定性分析发现,在计算过程中,边坡的塑性区从坡脚沿边坡向上逐渐发展,最后贯穿边坡;边坡安全系数也随干湿循环次数的增加而减小。
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU43
【图文】：

颗粒级配曲线,模型箱

其中一个模型箱的一个侧面采用透明材料板进行制作。逡逑２．２．２模型箱设计及制作逡逑根据模型箱设计，用钢板及亚克力板制作成型的模型箱如图２－２所示，为避免在湿逡逑润过程中出现坡底积水现象，在模型箱底部设置出水管，如图２－３所示。通过在模型箱逡逑上方架设顶棚，并用防雨防晒布将模型箱包裹住，营造一个密闭环境进行试验，以避免逡逑风吹日晒及自然降雨对试验的影响。逡逑ｙ１邋ｉ邋Ｉ邋ｕ邋；：｜逡逑廔Ｊ，逡逑图２－２模型箱逦图２－３出水管逡逑２．３制备试验用土及制作边坡逡逑２．３．１制备试验用土逡逑本次试验采用厦门地区花岗岩残积土制作边坡。根据计算，试验用土量需２．６吨。逡逑从现场取土装袋后土运至实验室，放置一段时间风干，用铁锤将土敲碎并碾细，过５ｍｍ逡逑筛。试验用土的基本参数如表２－１所示，通过筛分试验得到颗粒级配曲线如图２－４所示。逡逑８逡逑

颗粒级配曲线,出水管,模型箱

【参考文献】