干湿循环条件下非饱和黄土持水特性与边坡稳定性研究

发布时间：2020-10-10 18:56

　　干湿循环会使黄土边坡浅层土体内的水气状态处于动态变化中,水气的变化会引起土中吸力的改变,进而影响土的力学特性与渗透特性,甚至危及边坡稳定。本论文为研究干湿循环条件下非饱和黄土渗透特性演化机理与边坡稳定性分析方法,通过土-水特征曲线试验并且对试验得到的数据进行分析,研究非饱和黄土经过多次湿循环条件下土体的水气运移规律,引入与干湿循环次数有关的函数,建立干湿循环水气运移条件下非饱和黄土土-水特征曲线预测渗透系数的模型,并得到渗透系数随基质吸力或者含水量之间的变化关系;基于极限平衡分析方法,建立降雨-蒸发循环条件下的模型,对边坡的渗流特性以及稳定性进行研究,研究成果能够为黄土地区边坡工程设计提供一定的理论依据。为了研究以上问题,本文主要做了以下几方面工作:(1)干湿循环条件下非饱和黄土土-水特征曲线试验:以原状黄土及不同初始干密度的重塑黄土为研究对象,对试样分别进行0次、1次、2次及5次的干湿循环,采用GCTS SWC-150 Fredlund土-水特征曲线仪,对不同干湿循环次数的试样进行了土-水特征曲线试验,得到各个试样在不同基质吸力时相对应的体积含水量,绘制出了不同试样的土-水特征曲线。可以发现:原状土试样与重塑土试样在脱湿、吸湿过程均有两条不同的土-水特征曲线,产生了滞回效应,并且随着干湿循环次数的增加滞回圈逐渐减小并趋于稳定;初始干密度的大小对土-水特征曲线的影响很大,同样的基质吸力条件下,非饱和土试样的初始干密度越大,那么其体积含水量就越小,从而对土-水特征曲线产生影响。(2)建立考虑干湿循环效应的土-水特征曲线预测模型:针对得到的不同干湿循环次数条件下的非饱和黄土的SWCC曲线,基于Gardner、Brooks and Corey、Van Genuchten和Fredlund and Xing模型的思想,通过对比三种模型,最终选取拟合精度最高的Gardner模型作为本次试验的分析模型。将Gardner模型拟合的参数进行分析,发现参数x_0、p均随着干湿循环次数的增加而减小,并将干湿循环次数(n)引入到了指数函数中,得到了参数x_0和p与干湿循环次数的函数关系。(3)以试验得到的土-水特征曲线为基础,使用土-水特征曲线法预测渗透系数模型,通过计算,得到渗透系数与基质吸力或者含水量的关系,并分析干湿循环次数对渗透系数的影响。研究发现:非饱和渗透系数会随着基质吸力或者含水量的变化而变化;干湿循环过程也会导致渗透系数的数值发生变化,干湿循环次数越多,非饱和渗透系数就会变得越大。(4)建立降雨-蒸发边坡稳定性分析模型:使用Geo-studio软件中的VADOSE/W模块,计算得到随着降雨-蒸发循环过程,边坡的渗流性及稳定性的变化情况,然后将VADOSE/W模块计算得到结果代入基于极限平衡分析法的SLOPE/W模块中对考虑降雨-蒸发循环的边坡稳定性进行了研究。
【学位单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU444
【部分图文】：

压力仪,土-水特征曲线

从而影响土体中水的吸研究中，土体的许多性质参数都可、土体的渗透系数以及扩散与吸附作Brooks＆Corey[46]的力学模型和 Child的渗透系数；非饱和土的抗剪强度可Lim 等人建立的模型可以用来预测非和土来说，可以使用直接测量的方法法比较来看，直接测量的方法过程用通过间接计算得到土体的参数。前，对于大部分的岩土工程问题来说均线压力仪基本介绍

从而可以求得脱湿过程的土-水特征曲线。同时，也可以在基质吸力的数值达到预定的最大值时，将基质吸力的大小逐级减小，试样会从体变管中吸收水分，计算出试样含水率的变化情况，从而可能够测得吸湿过程的土-水特征曲线。(4) 能够冲刷气泡和测量空气扩散量在试验的过程中，可以使用专用注射器来冲刷左、右体变管以及压力室底部的气泡，直至体变管中没有气泡时即可停止冲刷。对体变管进行读数时要以气泡冲刷后的数值为准。2.3 试样制备2.3.1 土的基本性质本次试验的黄土取自兰州市安宁区大青山，土样的主要物理力学性质如表 2.1 所示。土的天然含水率 ω 为 7.39%，最优含水率 ωopc为 12.5％，最大干密度 ρdmax为 1.89g/cm3，液限 ωL为 27.5％，塑限 ωP为 15.8％，塑性指数 IP为 11.7，试样尺寸为：高度 4.00cm，直径为 6.18cm。

击实试验