脱湿状态对膨胀土膨胀变形和强度特性的影响

非饱和膨胀土的脱湿状态对土中水分散失速率影响较大,不同的脱湿速率又会使膨胀土呈现不同的工程性状。通过控制恒温恒湿箱的温湿度工作参数,设置不同的脱湿环境制备土样,进行土工试验,深入认识脱湿状态对膨胀土膨胀变形和抗剪强度的影响。将饱和土样脱湿到设定的不同含水率,进行有荷载膨胀率试验,结果表明:在相对湿度越大的环境下,脱湿速率越小,土体膨胀率越大;起始含水率和上部荷载越小,土体膨胀变形越大。将不同起始含水率的土样膨胀完全后放入直剪仪,进行固结直剪试验,结果表明:脱湿到不同含水率的试样,脱湿速率越小,土体越密实膨胀后的抗剪强度越大;上部荷载存在可提高土体的抗剪强度,起始含水率越小上部荷载越大土样的抗剪强度越高。研究结果可为大气作用下膨胀土边坡的防护设计提供参考,有助于对自然气候环境下膨胀土边坡的灾变进行预警,并可优化膨胀土边坡的施工方案。     

降雨入渗条件下的膨胀土边坡稳定性分析

考虑膨胀土的开裂性,研究了雨水入渗条件下的膨胀土边坡的渗流规律,进行了相对应的稳定性分析。通过考虑和不考虑裂隙时的膨胀土边坡稳定性的比较,表明二者具有很大的差异性。通过与现场实际情况相比较说明,在研究降雨入渗条件下的膨胀土边坡稳定性时,考虑土体的开裂性是十分必要的。     

基于裂隙描述的膨胀土堑坡稳定性分析

以广西白色强膨胀土为研究对象,利用MATLAB软件编制程序对土体裂隙图片进行二值化处理,获得裂隙率与含水率的线性回归关系。现场试验观测表明,雨季前裂隙长期平均宽度0.005 m,利用等效模型,获得表层土体含水率与裂隙间距的相关关系。按照雨水在裂隙中渗流的过程建立裂隙影响下的雨水入渗计算模型,利用不同裂隙间距,来描述裂隙分布。基于裂隙描述的雨水入渗膨胀土堑坡稳定性计算结果表明,是否考虑裂隙对膨胀土边坡稳定性的计算结果影响较大。当裂隙率较高时边坡持续降雨后安全系数会大幅度降低,同时边坡大气剧烈影响深度的加深也会引起安全系数的迅速降低。根据研究结果,对膨胀土边坡治理提出了具体建议。     

降雨条件下膨胀土边坡稳定性分析

应用湿度应力场理论,采用ANSYS软件的热—力耦合计算方式,模拟了降雨入渗下边坡土体产生的膨胀效应,并建立了边坡稳定性分析方法,分析了降雨条件下膨胀土边坡的变形破坏规律,为膨胀土边坡处治提供了理论依据。     

脱湿速率影响下的膨胀土工程性状与持水特征初探

通过控制恒温恒湿箱的温湿度工作参数,实现饱和膨胀土在不同脱湿速率条件下的状态变化,借助收缩试验和非饱和三轴试验,研究脱湿速率对膨胀土收缩特性、强度特性与持水特性的影响规律。试验结果表明,膨胀土的收缩系数随脱湿速率的减小而变大,并先呈现线性脱湿过程,后呈现非线性脱湿特征;在相同含水率条件下,膨胀土的吸附强度亦随脱湿速率的减小而增大,尤在含水率和围压较低时更趋明显。结合吸附强度与吸力关系的乘幂函数表达式,利用收缩系数和吸附强度反算出不同脱湿速率下的膨胀土"双线性"土水特征曲线,发现不同脱湿速率时曲线下降段接近平行趋势,脱湿速率越小,膨胀土的进气值越大,相同含水率时的吸力越高。     

降雨蒸发条件下膨胀土边坡的变形特征研究

在典型膨胀土广泛分布的广西南宁地区建立缓坡、陡坡与坡面种草3种类型膨胀土边坡的原位监测系统,采用6参数小型气象站、测斜管和沉降板,跟踪测试边坡变形随气候变化的演化规律,揭示在降雨蒸发下膨胀土边坡的变形特征。认为降雨是导致膨胀土边坡变形最直接的气候因素,而蒸发效应是边坡变形破坏的重要前提之一;蒸发效应所产生的土体裂隙,使得吸湿条件下原位双环渗透试验获得的膨胀土水力特性具有与传统的非饱和土力学中的定义有相反的趋势,这也是膨胀土边坡在降雨入渗时发生变形乃至破坏的内在机制之一;通过对现场试验数据的拟合,建立了符合膨胀土边坡变形的经验性预测模型,其中边坡变形与土表净入渗量呈二次函数关系。     

降雨诱发非饱和土边坡直线滑移的稳定性计算

根据Green-Ampt入渗原理,考虑降雨入渗及其对土体的物理力学作用,分析了雨水入渗非饱和土边坡坡面入渗规律,建立了非饱和土边坡坡面入渗模型,获得了雨水非饱和入渗过程中的雨水入渗深度计算式。通过分析降雨后边坡潜在滑移体的几何模型和力学特性,获得了滑移面倾角与边坡倾角、雨水入渗深度和坡高之间的关系,建立了降雨入渗影响下非饱和土边坡直线滑移与倾覆破坏的安全系数计算式,为分析降雨入渗非饱和土边坡稳定性提供了一种定量计算方法。     

降雨/蒸发对膨胀土边坡稳定性影响研究

为深入研究降雨/蒸发作用对膨胀土边坡稳定性的影响,本文将改进的二维渗流模型与极限平衡分析法相结合,计算分析降雨、蒸发两种不同类型的气候作用下试验场地膨胀土边坡体内的渗流场变化及边坡的稳定性;结合试验边坡的现场监测资料,论述了膨胀土边坡的失稳机理。本文的研究表明:持续降雨引发土体吸力降低、强度衰减、有效应力降低并在坡脚处首先达到极限平衡状态;蒸发作用使浅层土体含水量降低,吸力增加,但同时也出现的收缩作用将产生裂隙而折减土体强度且增强渗透性,但土体内吸力的大幅提高则起主导作用。本文的研究成果将有助于分析评价膨胀土边坡在遭受干湿循环作用下的长期稳定性。     

降雨入渗深度对边坡稳定性的影响

本文针对降雨入渗深度对边坡稳定性影响的问题,从能量的角度推导土体最大入渗深度的理论公式,通过室内试验模拟不同降雨强度条件下土体入渗深度变化特征,基于有限元模拟软件模拟降雨入渗条件下边坡的渗流场演化规律与孔隙水压力的空间分布特征,并基于数值模拟结果拟合出降雨入渗深度与边坡安全系数的函数关系。研究结果表明:不同深度土体的能量梯度是雨水能够向下渗透的内在原因,降雨最大入渗深度与土体孔隙水压力有关,且随着降雨入渗深度的不断增加,边坡安全系数持续减少,二者呈二次函数关系。     

膨胀土路堑边坡降雨入渗稳定性分析

膨胀土遇水发生软化,导致土体强度降低,降雨入渗对膨胀土路堑边坡影响较大。依据岩土饱和/非饱和渗流理论,利用有限元数值模拟分析软件,通过降雨入渗模型分析,建立膨胀土路堑边坡饱和/非饱和降雨入渗模型,模拟了降雨过程中边坡地下水含水率、压力水头变化规律,分析研究降雨入渗对路堑边坡渗流场及稳定性的影响规律。结果表明:降雨入渗对膨胀土边坡渗透影响仅发生在浅部区域,坡面低渗透性影响雨水入渗效果,裂隙性坡面则入渗稍快;对于低透水性、高基质吸力,短期降雨不至于导致边坡大面积滑塌破坏,边坡滑面只出现在表层,表现为浅层滑动,对深部土体影响不大。为以后膨胀土路堑边坡施工与防护提供一定的理论依据和数据参考。     

膨胀土干燥过程中收缩应力的测试与分析

膨胀土在膨胀过程中会产生膨胀应力,收缩过程中亦会产生收缩应力。探究膨胀土在干燥过程中收缩应力的变化规律对理解收缩变形机制有重要意义。为了掌握膨胀土在干燥过程中内部收缩应力与含水率及吸力之间的关系,在控制相对湿度条件下开展了一系列干燥试验。试验中共配置了3组初始饱和的泥浆样,将试样分别置于装有不同过饱和盐溶液的保湿器中,并在恒温20℃的条件下进行干燥,实时记录试样含水率的变化。此外,在试验过程中,通过在试样内部植入微型压力传感器来测定土体收缩应力随干燥时间的变化。试验结果表明:①在不同相对湿度条件下,土体内水分蒸发特性不同,如相对湿度越小,土体水分蒸发的越快,且蒸发结束后,土体残余含水率越低;②干燥过程中,土体内收缩应力呈现明显的阶段性变化特征。干燥前期,收缩应力随时间的推移增加缓慢,但当达到临界时间点ts或临界含水率ws以后,收缩应力随着干燥的持续开始急剧增加,并且蒸发速率越大,ts和ws越小;③干燥结束后,土体内部收缩应力与环境相对湿度呈负相关,与对应吸力呈正相关。     

某膨胀土挖方边坡的综合处治

结合膨胀土挖方边坡治理实例,对包括膨胀土边坡支护理念问题、膨胀土强度取值问题、边坡稳定性分析及优化设计问题、扩底锚杆工艺及其试验研究问题、坡面防护问题等进行研究,其中对膨胀土地层扩底锚杆试验研究表明,浇筑完毕后未经降雨影响的试验锚杆,扩底锚杆比非扩底锚杆锚固力提高不多;但降雨浸泡后,非扩底锚杆锚固力会大幅度下降,扩底锚杆锚固力下降不明显,说明扩底锚杆在膨胀土地层中的应用是成功的。     

考虑裂隙及雨水入渗影响的膨胀土边坡稳定性分析

对膨胀土边坡进行了考虑裂隙和降雨入渗影响的稳定性分析 ,通过工程实例比较了考虑裂隙和不考虑裂隙的差别。研究结果表明 ,考虑裂隙影响的边坡降雨入渗和稳定性分析较为合理和实用。     

Research on the improvement of rainfall infiltration behavior of expansive soil slope by the protection of polymer waterproof coating

The repetitive expansion and contraction cracks, as well as the strength attenuation induced by the precipitation-evaporation cycles, are important factors influencing the instability of expansive soil slopes. In this study, a polymer waterproof coating was proposed to protect the expansive soil slope against slope instability caused by precipitation penetration. The bonding performance of expansive soil blocks (with different soil densities) and polymer waterproof coatings (with different coating thicknesses) were analyzed by performing a laboratory pull-out test. The impacts of different protection methods and protection layer coverage on rainwater infiltration behavior were studied using three groups of slope model tests and numerical simulation approaches. The results showed that the bond strength between the expansive soil test block and the coating increased with the increase in soil compaction density, and the test block strength was an important factor affecting the bond performance. The influence of density of test block on bond strength was greater than that of coating thickness. The calculation formula of bond strength was obtained by fitting the test results. Compared to the unprotected slope, the fluctuation of soil moisture content and rainwater infiltration rate in the slope protected by polymer coating was found to be the least. Protective layer of polymer coating proved to have the most significant role in blocking rainwater infiltration, followed by polymer coating + three-dimensional vegetation net protective layer. When the coverage rate of the protective layer exceeds more than 90%, the effect of blocking rainwater infiltration was remarkable. Simultaneously, the variation range of slope water content, rainwater infiltration depth, and infiltration rate decreased significantly. This research result provides a new solution for expansive soil slope protection and rainwater infiltration control.     

土体含水率和吸力量测及其对边坡稳定性的影响

为研究暴雨诱发滑坡的机理 ,在香港进行了一次大型人工边坡试验。通过检查该边坡坡顶在 2 0 0 1年 6月至 2 0 0 1年 12月期间含水率和吸力与每天及每小时降雨变化曲线 ,及含水率和吸力随深度变化曲线 ,看到在雨季含水率和吸力变化或者“浸湿前锋”移动通常发生在边坡土体以上 3m以内 ,而且 ,在 2 0 0 1年的一次最大暴雨中在边坡土体 1～ 2m之内形成了瞬时地下水位。另外 ,还看到在2 0 0 1年旱季由于蒸发在边坡土体中形成了“干燥前锋”。通过对边坡开挖之前的自然边坡的稳定性分析 ,降雨入渗可以使边坡土体的安全系数急剧降低而蒸发则可以使边坡土体的安全系数缓慢升高。雨季含水率和吸力的浅层变化或者“浸湿前锋”的浅层移动可解释为何香港地区在暴雨期间极易发生浅层滑坡。而旱季由于蒸发形成的“干燥前锋”可说明吸力对非饱和土边坡抗剪强度的提高     

混凝土干湿过程及循环制度的研究

将混凝土的干湿循环过程分解为干燥和湿润过程,对其干湿过程中不同深度相对湿度的变化规律、水量蒸发/吸收规律及氯离子对水分传输的影响进行了研究.结果表明：测定混凝土干湿过程中的蒸发/吸水量、相对湿度,可合理制定干湿循环制度,并进行室内试验与现场环境的加速倍率换算;在干湿初期,混凝土失水/吸水速率最大,之后大幅减小;干燥时间决定了混凝土的劣化深度,制定干湿循环制度时宜延长干燥时间,缩短润湿时间;离子的存在不影响混凝土水分的传输方式,但会大大降低其毛细吸附和扩散传输效果.