非饱和膨胀土的裂隙概化模型与边坡稳定研究
发布时间：2017-04-28 05:10
本文关键词：非饱和膨胀土的裂隙概化模型与边坡稳定研究，由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】： 本文所进行的研究架构在膨胀土边坡变形与稳定预报的“双链”思想的基础上，认为降雨入渗过程中膨胀土边坡土体的强度折减主要来源于两个方面：一是降雨入渗时边坡土体中土的性状的变化；二是降雨入渗过程中由于土体含水量的增加变化导致边坡吸力降低。本文着重研究前者，将膨胀土的裂隙性作为反映土体性状的主要方面，通过室内试验、现场观测以及数值模拟分析方法，对裂隙的观测手段与定量化描述、浸水愈合特征、裂隙网络渗流特性、裂隙土体强度特性等方面进行了全面系统的试验研究，在此基础上建立膨胀土边坡裂隙网络入渗的数学模型和非饱和裂隙膨胀土固结的数学模型，并应用数学模型对降雨入渗条件下不同裂隙发育状态时膨胀土边坡中水气运移、强度与变形特征进行了有限元数值分析。 首先，，在湖北枣阳试验现场，通过手工素描与拍照的方法对膨胀土裂隙进行了观察统计；在室内，利用远距光学显微镜系统对膨胀土裂隙进行了连续拍照观测，建立了非饱和膨胀土的裂隙概化模型。明确了裂隙度的概念，将其作为定量指标对非饱和膨胀土的裂隙发育发展程度进行描述。并采用蒙特卡洛方法研究了非饱和膨胀土的随机裂隙网络的数学模拟与自动生成。 然后，进行了非饱和膨胀土的单向浸水膨胀试验，研究得出了单向浸水条件下非饱和膨胀土的膨胀变形随时间发展的规律。提出了利用膨胀时程曲线计算裂隙周围土体的膨胀变形量来确定裂隙随浸水愈合过程的方法。还进行了不同部位的膨胀土反复剪试验和不同裂隙发育程度的膨胀土三轴剪切试验，研究了膨胀土强度随裂隙度及土体饱和度变化而变化的规律，并提出了相应的拟合经验关系式。 最后，在试验的基础上，发展了非饱和土的有效应力原理，建立了膨胀土边坡裂隙网络入渗的数学模型和非饱和裂隙膨胀土固结的数学模型，并编制了相应的有限元程序USFEM和UCFEM。所建立的数学模型充分考虑了裂隙的渗透、变形与强度特性，可以模拟裂隙在水分入渗过程中逐渐愈合的过程。利用有限元方法对非饱和膨胀土边坡的降雨入渗过程进行了数值模拟研究，全面研究了膨胀土边坡中水气运移、强度与变形特征等。程序结果定量描述了不同裂隙分布、不同裂隙发育程度对膨胀土边坡降雨入渗过程的影响，定量描述了裂隙在降雨入渗时的愈合过程，以及边坡土体强度、边坡稳定性随降雨入渗变化的过程。通过对现场情况数值模拟结果的分析，揭示了非饱和裂隙膨胀土边坡降雨入渗的特点，并据此，对膨胀土边坡工程的设计和施工提出了建议。
【关键词】：非饱和土 膨胀土边坡 裂隙度 裂隙概化模型 膨胀时程曲线 有效应力原理 有限元 降雨入渗 边坡稳定
【学位授予单位】：河海大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：TU432
【目录】：
- 第一章 绪论10-19
- 1.1 非饱和膨胀土的研究现状10-15
- 1.1.1 非饱和土力学的研究进展10-11
- 1.1.2 膨胀土的物理力学特性11-13
- 1.1.3 非饱和膨胀土边坡的稳定问题13
- 1.1.4 非饱和土力学在膨胀土研究中的应用13-14
- 1.1.5 非饱和膨胀土中的裂隙及其影响问题14-15
- 1.2 边坡稳定分析方法的研究进展15-16
- 1.3 论文的研究背景及主要工作16-19
- 第二章 非饱和膨胀土的裂隙概化模型19-33
- 2.1 非饱和膨胀土裂隙的产因与分类19
- 2.2 非饱和膨胀土裂隙网络19-20
- 2.3 非饱和膨胀土裂隙的度量指标和量测方法20-24
- 2.3.1 非饱和膨胀土裂隙的度量指标20-21
- 2.3.2 非饱和膨胀土裂隙的量测方法21-24
- 2.4 非饱和膨胀土裂隙的概化模型24-29
- 2.4.1 水平面、竖直面裂隙分布规律24
- 2.4.2 裂隙网络24-25
- 2.4.3 室内裂隙观测结果25-28
- 2.4.4 裂隙的概化模型28-29
- 2.5 随机裂隙网络的自动生成29-31
- 2.5.1 随机裂隙网络的数学模拟29
- 2.5.2 随机裂隙网络自动生成的程序设计29-30
- 2.5.3 随机裂隙网络自动生成实例30-31
- 2.6 小结31-33
- 第三章 非饱和膨胀土的浸水膨胀时程特性33-42
- 3.1 研究目的和内容33
- 3.2 非饱和膨胀土的浸水试验33-35
- 3.2.1 试样制备34
- 3.2.2 加荷大小与浸水方式34
- 3.2.3 试验过程34
- 3.2.4 试验结果34-35
- 3.3 非饱和膨胀土的浸水膨胀规律35-37
- 3.4 试验拟合参数随初始含水量及干密度的变化关系37-40
- 3.5 考虑时间因素的膨胀土浸水膨胀量计算方法40
- 3.6 膨胀土中裂隙随浸水时间愈合的计算方法40-41
- 3.7 小结41-42
- 第四章 非饱和膨胀土边坡裂隙网络入渗模型42-56
- 4.1 裂隙渗流的研究内容与方法42
- 4.2 非饱和膨胀土边坡裂隙网络入渗的数学模型42-46
- 4.2.1 非饱和膨胀土边坡裂隙网络入渗的基本问题43
- 4.2.2 裂隙网络入渗的数学模型43-46
- 4.3 非饱和膨胀土边坡裂隙网络入渗的数值模拟46-54
- 4.3.1 裂隙的数值模拟47-48
- 4.3.2 算例分析48-54
- 4.4 小结54-56
- 第五章 非饱和膨胀土的强度试验56-66
- 5.1 非饱和膨胀土的强度特征56-57
- 5.2 试验目的与试验内容57
- 5.3 反复剪试验情况57-58
- 5.4 反复剪试验结果分析58-60
- 5.5 非饱和膨胀裂隙土剪切试验情况60-61
- 5.6 非饱和膨胀裂隙土剪切试验结果分析61-64
- 5.7 小结64-66
- 第六章 考虑裂隙的非饱和膨胀土边坡稳定分析66-88
- 6.1 非饱和膨胀土边坡稳定安全系数66-68
- 6.2 广义的非饱和有效应力原理68-71
- 6.2.1 讨论系数矩阵c69-70
- 6.2.2 非饱和有效应力原理的验证70-71
- 6.3 考虑裂隙的非饱和膨胀土边坡稳定分析模型与程序设计71-78
- 6.3.1 基本假定72
- 6.3.2 基本方程72-73
- 6.3.3 有限元描述73-76
- 6.3.4 程序设计76-78
- 6.3.5 边坡稳定分析的强度折减法78
- 6.4 计算实例分析78-86
- 6.4.1 现场地质情况与自然情况78-79
- 6.4.2 现场试验的主要内容79-80
- 6.4.3 现场试验模拟计算80-82
- 6.4.4 降雨入渗过程的吸力、变形场82-85
- 6.4.5 降雨入渗后边坡的安全稳定评价85-86
- 6.5 小结86-88
- 第七章 结论与展望88-90
- 7.1 主要结论与创新点88-89
- 7.2 展望89-90
- 参考文献90-95
- 致谢95-96
- 攻读博士学位期间发表论文的情况96-97
- 详细摘要97-101
【引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 柴金玲;王永;;宁明非饱和膨胀土的一维本构模型及其应用[J];四川建筑科学研究;2012年02期
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6 吴s
本文编号：332169
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