南水北调北段磁县地区非饱和膨胀土强度特性试验研究

发布时间：2017-04-17 01:02

  本文关键词：南水北调北段磁县地区非饱和膨胀土强度特性试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：膨胀土是一类主要由亲水特性强的黏土矿物蒙脱石、伊利石和高岭土构成的特殊的高塑性粘土。膨胀土多具有超固结性、多裂隙性和可塑性,并且其吸水膨胀和失水收缩裂开的特征明显,此外含水率的变化对其强度特性的影响很大。因为这些特性,膨胀土问题引起工程建设的破坏能够长期存在并频繁发生,成为威胁人类生命和财产安全的严重灾害。本文利用GDS非饱和三轴试验仪、Whatman 42号滤纸以及FLAC 3D数值模拟软件,对南水北调北段磁县工程段的中等膨胀土的非饱和剪切强度、持水特征以及典型渠坡的稳定性进行了一系列研究。本文获得了一些研究成果,主要列举如下:(1)采用GDS非饱和三轴试验仪研究膨胀土的非饱和强度特征,试验结果表明:非饱和膨胀土的剪切强度与土体自身的含水率和干密度有关。随着含水率的增大,土体的抗剪强度依次减弱;其中总粘聚力和总内摩擦角都随着含水率的增加而呈现线性减少的趋势;而随着干密度的增加,土体的抗剪强度明显增强,其中粘聚力的增大幅度远远大于内摩擦角。(2)非饱和膨胀土的抗剪强度还受其承受的围压与基质吸力变化的影响很大。土体抗剪强度随着围压的增大而增强,且在低围压下,土样呈现应力应变软化现象。在脱湿过程当中,土体抗剪强度随着基质吸力的增大而增强。其中粘聚力由于基质吸力的增大呈现非线性增长趋势并且增长幅度较大,而有效的内摩擦角几乎不受基质吸力影响。(3)采用Whatman 42号滤纸测试膨胀土的土水特征曲线,试验结果表明:在基质吸力较小时,采用饱和度和吸力的关系比采用含水率和吸力的关系来表示土水特征曲线,更能够表示出初始干密度对土水特征曲线的影响。含水率较小时,随着干密度增长,基质吸力有增长的趋势。但是当含水率较大时,随着干密度增长,基质吸力增长的幅度并不显著。特定干密度条件下,基质吸力和含水率呈非线性关系。由于含水率的增大,基质吸力表现为迅速减小的趋势。不同干密度土样试验结果用Van Genuchten土-水特征曲线模型分别进行拟合分析,拟合效果均比较好。(4)利用FLAC 3D软件,采用强度折减方法,模拟不同工况条件下膨胀土渠坡的稳定性,结果分析可得:干密度和含水率的不同影响着渠坡的安全系数与位移量。在本文模拟的工况情况下,随着干密度减小或含水率增大,渠坡的安全系数依次减小;随着含水率的增加位移量增加,而随着干密度的增加位移量减小。
【关键词】：膨胀土 非饱和土强度 土水特征曲线 强度折减法
【学位授予单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV68;TV221.2
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 1 绪论12-22
• 1.1 选题背景、目的和意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-20
• 1.2.1 非饱和土土-水特征曲线的研究13-16
• 1.2.2 非饱和土抗剪强度的研究16-18
• 1.2.3 土水特征曲线与抗剪强度结合的研究18-20
• 1.2.4 存在的问题20
• 1.3 本文的主要研究内容和技术路线20-22
• 1.3.1 研究内容20
• 1.3.2 技术路线20-22
• 2 非饱和膨胀土的基本物理力学特性22-30
• 2.1 取样22
• 2.2 膨胀土的基本物理性质22-26
• 2.2.1 含水率23
• 2.2.2 天然密度23
• 2.2.3 比重23
• 2.2.4 液塑限23-24
• 2.2.5 颗粒级配24-25
• 2.2.6 自由膨胀率25
• 2.2.7 非饱和膨胀土的基本物理性质25-26
• 2.3 非饱和膨胀土的压缩特性26-29
• 2.3.1 重塑样制备26
• 2.3.2 试验研究方案26-27
• 2.3.3 试验研究过程27
• 2.3.4 试验研究结果27-28
• 2.3.5 非饱和土压缩性的影响因素研究28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 3 膨胀土抗剪强度试验研究30-50
• 3.1 试验仪器30-31
• 3.2 试样制备31-32
• 3.3 试验前的准备工作32-33
• 3.3.1 制备无气水32
• 3.3.2 传感器读数清零32
• 3.3.3 饱和陶土板32-33
• 3.4 含水率对非饱和土抗剪强度的影响33-39
• 3.4.1 试验研究方案33-34
• 3.4.2 试验研究步骤34
• 3.4.3 试验研究结果34-38
• 3.4.4 含水率对非饱和土强度的影响分析38-39
• 3.5 吸力对非饱和土抗剪强度的影响39-43
• 3.5.1 试验研究方案39-40
• 3.5.2 试验研究步骤40
• 3.5.3 试验研究结果40-42
• 3.5.4 吸力对非饱和土强度的影响分析42-43
• 3.6 干密度对非饱和土抗剪强度的影响43-48
• 3.6.1 试验研究方案43-44
• 3.6.2 试验研究步骤44
• 3.6.3 试验研究结果44-47
• 3.6.4 干密度对非饱和土强度的影响分析47-48
• 3.7 本章小结48-50
• 4 土水特征曲线的试验研究50-62
• 4.1 试验仪器50-51
• 4.1.1 仪器介绍50-51
• 4.1.2 工作原理51
• 4.2 试验研究方案51-52
• 4.3 试验研究步骤52-53
• 4.4 试验研究结果53-56
• 4.5 土水特征曲线的影响因素研究56-59
• 4.5.1 含水率相同时干密度、饱和度与体积含水率对基质吸力的影响56-57
• 4.5.2 干密度相同时基质吸力对含水率、饱和度与体积含水率的影响57-58
• 4.5.3 土-水特征曲线方程58-59
• 4.6 土水特征曲线与非饱和抗剪强度的结合59-60
• 4.7 本章小结60-62
• 5 基于FLAC 3D的非饱和土渠坡的稳定分析62-74
• 5.1 基本原理62-63
• 5.1.1 软件介绍62
• 5.1.2 计算原理62-63
• 5.2 计算模型的建立63-65
• 5.2.1 计算模型的概述63-64
• 5.2.2 静力边界条件设置64
• 5.2.3 岩体力学参数64-65
• 5.3 不同干密度下的膨胀土渠坡数值模拟结果65-67
• 5.4 不同含水率下的膨胀土渠坡数值模拟结果67-71
• 5.5 FLAC 3D数值模拟结果分析71-72
• 5.5.1 不同干密度渠坡的稳定性结果分析71
• 5.5.2 不同含水率渠坡的稳定性结果分析71-72
• 5.6 本章小结72-74
• 6 结论与展望74-76
• 6.1 结论74
• 6.2 展望74-76
• 攻读学位期间参加的科研项目及发表的学术论文76-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-80

【共引文献】

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1 湛川;李刚;刘莹莹;;南水北调中线工程段弱膨胀土的动力学性质研究[J];华北水利水电学院学报;2013年03期

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3 李幻;张玉敏;贾景超;毕庆涛;;时间因素对水泥改性膨胀土压实度影响的试验研究[J];华北水利水电学院学报;2013年04期

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本文编号：312049