土体流变性能及其对边坡稳定性影响研究

发布时间：2017-10-18 01:19

  本文关键词：土体流变性能及其对边坡稳定性影响研究

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【摘要】：边坡失稳研究一直是工程界研究的热点问题,作为构成边坡的主要材料,土的流变性质与边坡稳定性息息相关,但是,从黏性土到砂性土,土体的流变性质差异较大,目前尚缺少系统研究。本文以风化页岩土和沙作为基体材料,模拟了从黏土到砂土共计5种土样,结合理论分析,采用实验研究的方法对其流变特性进行了系统研究,并与边坡失稳之间的关系进行了有限元模拟与分析。①通过室内试验,得出土体流变性能与各影响因素间定量规律:1)在相同液限含水率百分比下,土体蠕变变形随含砂率增加而减小,应力松弛时初应力、终应力及松弛量随含砂率增加而增加,松弛比随含砂率增加而减小。试验表明,当含水率为0.923ω_L时,A土(低液限黏土)蠕变变形与B土(含砂低液限黏土)、C土(含砂低液限黏土)、D土(砂质黏土)、E土(砂质黏土)相比,分别提高70.90%、117.59%、198.78%、630.62%;应力松弛时,E土与A土相比,初应力、终应力、松弛量分别提高688.87%、2430.45%、172.90%,松弛比降低65.37%;2)土体蠕变变形随含水率增大而增大,以A土为例,含水率为0.923ω_L时蠕变变形量分别为含水率为0.823ω_L、0.723ω_L、0.623ω_L、0.523ω_L时的1.21、2.35、11.10、20.26倍;应力松弛时的初应力、终应力和松弛量随含水率增大而减小,松弛比随含水率增大而增大,以A土为例,含水率为0.523ω_L时初应力、终应力、松弛量较含水率为0.923ω_L时增长1088.85%、3002.79%、521.82%,松弛比则降低47.73%;3)土体蠕变变形随应力等级提高而增大,且应力超过一临界值时,土体会发生非衰减蠕变,即发生不收敛的失稳变形。土体发生非衰减蠕变时的蠕变变形随含砂率的增加而减小,A到D四种土发生非衰减蠕变时的蠕变变形量分别为46.25×10~4με、28.75×10~4με、12.12×10~4με和2.5×10~4με,发生衰减蠕变与非衰减蠕变间的临界应力随含砂率增加先增大后减小,A到D四种土临界应力分别为32.61k Pa、54.89k Pa、32.30k Pa、13.68k Pa;应力松弛试验中,轴向应变较小时,初应力、终应力、松弛量随应变增长而增长,松弛比则相反,应变较大时,土体由于破坏卸载,无论应变多大,其初应力都是一相对恒定值,终应力随应变增大而减小,松弛量和松弛比随应变增大而增大;4)随加载速率的增加,土体蠕变变形增加,应力松弛的初应力、松弛量和松弛比增加,终应力降低。加载速率增大5倍,含水率为0.723ω_L的A土蠕变变形增长20.10%,应力松弛时初应力、松弛量和松弛比分别增加3.83%、24.41%和19.79%,而终应力降低9.29%;②土体流变特性与边坡稳定性间关系:1)土体蠕动变形是土质边坡发生变形破坏的关键因素,且伴随着边坡变形破坏的所有阶段;2)对同种土体蠕变性能影响最大的因素是含水率,边坡工程中应特别注意防排水设施的设计、施工和维护,保证边坡中的水及时排除,边坡土体含水率不应长期高于从固体状态到流变状态转变的临界含水率;3)对一边坡工程进行现场监测和取土试验数据表明,边坡土体蠕变性能呈现出“季节性”,多雨季节土体蠕变性能强,边坡位移增长快,少雨季节土体蠕变性能不明显,边坡位移增长慢,这一规律与数值模拟结果一致;4)高含水率下,含砂率低的黏土中的水难以流出,土样容易滑动(流动),更不稳定,因此,在多雨地区,若边坡坡度小于砂土休止角或有支档结构时,砂土比黏土更适合作为边坡填筑材料;5)通过改善土体流变性能,可以增加边坡稳定性。如在土中加入少量石灰能减小土体蠕变变形,填筑边坡时可考虑事先在土体中掺入一定量生石灰,预防滑坡或泥石流灾害发生。
【关键词】：土体 流变性能 蠕变 应力松弛 边坡稳定性
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU43
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-32
• 1.1 研究背景和意义12-13
• 1.2 边坡稳定性研究现状13-18
• 1.2.1 边坡基本类型13-14
• 1.2.2 边坡地质灾害种类14-15
• 1.2.3 边坡失稳原因研究现状15-18
• 1.3 土体力学状态与流变特性简介18-29
• 1.3.1 土体流变特性研究内容18-20
• 1.3.2 影响土体流变特性的因素20-21
• 1.3.3 流变土体元件模型理论21-28
• 1.3.4 考虑土体流变的边坡稳定性研究现状28-29
• 1.4 存在的问题29
• 1.5 本文研究主要内容29-32
• 第二章 土体物理性能与流变性能试验方案设计32-44
• 2.1 土体制备及物理性能32-34
• 2.2 试验内容34-37
• 2.2.1 不同土体材料下试验内容35
• 2.2.2 不同含水率下试验内容35-36
• 2.2.3 不同应力（应变）等级下试验内容36-37
• 2.2.4 不同加载速率下试验内容37
• 2.3 试验条件37-39
• 2.3.1 受力状态的模拟37
• 2.3.2 试验仪器选择37-38
• 2.3.3 试验加载方法选择38-39
• 2.3.4 流变试验控制参数确定39
• 2.4 试验操作过程39-42
• 2.4.1 扰动土样准备40
• 2.4.2 试样成型40
• 2.4.3 试样安装40-41
• 2.4.4 试验加载41-42
• 2.4.5 数据采集及处理42
• 2.5 本章小结42-44
• 第三章 土体蠕变性能试验与分析44-58
• 3.1 土体材料对蠕变性能的影响44
• 3.2 含水率对土体蠕变性能的影响44-47
• 3.3 应力等级对土体蠕变性能的影响47-48
• 3.4 加载速率对土体蠕变性能的影响48-49
• 3.5 单因素敏感性分析49-50
• 3.6 土体蠕变性能的改善50-53
• 3.7 含水率对土坡稳定状态影响53-56
• 3.7.1 干燥条件下土坡稳定状态53-54
• 3.7.2 高含水率下土坡稳定状态54-56
• 3.8 本章小结56-58
• 第四章 土体应力松弛性能试验与分析58-66
• 4.1 土体材料对应力松弛性能的影响58
• 4.2 含水率对土体应力松弛性能的影响58-61
• 4.3 应变等级对土体应力松弛性能的影响61-63
• 4.4 加载速率对土体应力松弛性能的影响63-64
• 4.5 本章小结64-66
• 第五章 土体流变性能与边坡稳定性的关系66-78
• 5.1 土体流变性能与边坡失稳关系理论分析66-67
• 5.2 基于土体流变特性的边坡稳定性数值计算67-76
• 5.2.1 边坡稳定性计算方法68-71
• 5.2.2 工程实例数值计算71-76
• 5.3 本章小结76-78
• 第六章 土体流变特性在实际边坡监测中的应用78-87
• 6.1 边坡监测背景78-80
• 6.1.1 边坡概述78-79
• 6.1.2 气象水文79
• 6.1.3 地层岩性79-80
• 6.1.4 不良地质现象80
• 6.2 边坡监测方法80-81
• 6.2.1 量测点及断面布置80
• 6.2.2 量测方法80-81
• 6.2.3 评判标准81
• 6.3 边坡监测现场实施情况81-82
• 6.3.1 控制网布设81
• 6.3.2 监测点布设81-82
• 6.4 基于土体流变特性的边坡监测结果分析82-86
• 6.5 本章小结86-87
• 第七章 结论与展望87-90
• 7.1 主要结论87-89
• 7.2 下一步研究方向与展望89-90
• 致谢90-92
• 参考文献92-94
• 在学期间发表的论文和取得的学术成果94

【参考文献】

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本文编号：1052130