干湿循环下膨胀土边坡变形发展过程的数值模拟

利用非饱和土简化固结理论,通过调整土体的排气率和渗透系数来数值模拟干湿循环导致的非饱和膨胀土边坡裂缝的张开闭合以及变形发展过程。结果表明,每次干湿循环后膨胀土边坡均积累了顺坡向的沉降和水平向位移,揭示了干湿循环下膨胀土边坡破坏的浅层性和渐进性。对比离心模型试验结果表明,本文建议的数值模拟方法是可行的。     

新开挖边坡膨胀土膨胀变形量模拟方法研究

膨胀土膨胀变形量的量测对边坡的变形累积研究具有十分重要的意义。新开挖边坡土样的膨胀变形受到卸载及含水率变化的综合影响,而现行规范中线膨胀率测定方法的含水率变化较小,无法模拟新开挖边坡含水率实际状态。为此,按新开挖边坡的含水率及荷载变化方式设计了模拟试验,并将试验结果与现行规范方法的结论进行对比分析。分析结果表明:采用规范试验方法测得的线膨胀量值偏高;土体位置越浅,含水率及上覆荷载的变化方式对线膨胀率的测定影响越大,对新开挖边坡土体线膨胀率的测定应考虑含水率的变化。研究结果可为膨胀土边坡工程建设提供理论支持。     

非饱和膨胀土边坡破坏机理与稳定性分析

膨胀土具有胀缩性、裂隙性、超固结性,其工程性质特殊,即使很缓的边坡也可能失稳,南水北调中线工程膨胀岩土渠段长达340 km,渠坡的处理技术、分析方法与长期稳定性是关键问题.分析了非饱和膨胀土边坡的破坏特点、破坏机理与影响因素,并对处理措施的作用机理与模拟方法进行了分析,在此基础上探讨了非饱和膨胀土边坡稳定性的分析方法,并对南水北调中线工程新乡段膨胀岩土渠坡进行了分析,得到了初步成果.     

滴灌作用下膨胀土边坡表层含水量影响因素分析

含水量是影响膨胀土裂隙开展的关键因素,基于控制含水量(后称"控水")的思路治理膨胀土边坡的方法具有重要的工程意义。提出利用滴灌加湿作用控制膨胀土边坡裂隙的理念。运用有限元分析方法,研究滴灌作用下膨胀土表层初始含水量、滴灌量、滴灌历时以及坡度等关键敏感性因素对边坡表层含水量的影响规律。研究结果表明:膨胀土具备较强的保水性能;初始含水量低、持时短、大间距的滴灌,不利于土体水分重分布;多点源交汇滴灌下的坡度越大,滴灌浸润范围越大。因此,可通过开启较高的滴灌临界含水量、设置较大坡度以及合理的滴头水平间距来增强膨胀土边坡表层土体的加湿效果。     

降雨优先流下竖向加筋的膨胀土边坡变形破坏机理研究

为了探究降雨入渗引起的膨胀土边坡变形破坏机理,利用ＧｅｏＳｔｕｄｉｏ有限元软件,分别用砂井和竖向植筋带模拟裂缝的优先流,对降雨工况下的膨胀土边坡进行计算和对比分析,同时还研究了在不同竖向植筋带长度、设置间距等影响因素下膨胀土边坡的变形破坏特征。结果表明:竖向植筋带作为一种柔性加筋和持水材料,能有效地减小膨胀土边坡的水分波动和胀缩变形,提高膨胀土边坡的稳定性;植筋间距越小,竖向植筋带对膨胀土边坡的膨胀变形的抑制作用越好。植筋带的持水作用还可以为膨胀土－植被－降雨之间的和谐共处提供重要保障。     

弱膨胀土三轴膨胀模型及其应用

膨胀土渠坡往往因吸湿膨胀而发生浅层失稳,上覆压重换填水泥改性土成为处理浅层失稳的常用手段。以引江济淮工程弱膨胀土为研究对象,采用GDS三轴仪开展初始含水率为20%,压实度为96%的弱膨胀三轴膨胀试验,获得体应变和吸湿终了含水率随平均主应力变化关系式,建立了考虑含水率增量的三轴膨胀模型并探讨其工程应用,分析了引江济淮弱膨胀土渠坡稳定性及处理措施。研究结果表明：渠坡浅层吸湿膨胀引起一定深度范围内的土体发生非均匀膨胀变形是引起边坡失稳的主要因素。对于弱膨胀土低渠坡段(深度H≤8.7 m),采用0.3 m的压重荷载即可保障工程运行期安全。研究成果为优化工程设计、节省工程投资提供理论和设计依据。     

降雨作用下非饱和土边坡水力耦合过程分析

基于渗流理论、弹性理论及VG土-水特征曲线模型,建立了二维非饱和土渗流-变形耦合控制方程组。该控制方程突破了饱和时渗透系数是常数的局限,适用于任意初始条件和降雨条件的土坡稳定性分析。有限元软件COMSOL Multiphysics能根据已建好的非饱和土坡渗流-变形耦合模型开展分析。通过算例分析了非饱和土降雨入渗过程中渗流-变形的耦合效应,并探讨了考虑饱和渗透系数为变量情况以及不同的初始条件对渗流场和应力场的影响。结果表明:在非饱和土坡降雨入渗过程中渗流-变形的耦合效应是非常显著的,且与时间有关。对于湿陷性土,考虑耦合效应的压力水头变化总是慢于非耦合情况。饱和状态时渗透系数是应变的函数,其值的变化对非饱和土边坡渗流场有一定的影响,但对非饱和土边坡变形影响微弱。初始条件对渗流和变形的影响是非常大的。     

基于DDA的膨胀土边坡破坏过程模拟

采用非连续变形分析方法 DDA 模拟膨胀土边坡的破坏过程。根据膨胀土边坡浅层破坏特征和 Mohr-Coulomb 准则,设置了 3 组潜在剪切破坏面,它们互相切割形成块体系统。基于试验数据,假定了土体变形参数和抗剪强度参数与含水量的关系。土体的吸湿膨胀作用按初应变考虑。计算结果表明,膨胀土边坡在吸湿膨胀和强度降低后发生浅层顺坡向滑动破坏,与工程实际破坏现象吻合。建立的计算模型,为进一步研究膨胀土边坡的稳定性和加固措施奠定了基础。     

土工合成材料加固衬砌边坡数值模拟研究

土工合成材料加筋土结构用料省,适应变形能力强,是具有巨大应用潜力的边坡加固材料。本文以有限元研究方法,》分析了内摩擦角、界面抗剪强度和坡高对加筋土边坡安全系数和变形的影响,结果表明加筋土边坡安全受内摩擦角和界面抗剪强度影响较大,因此建议在施工中采用摩擦系数较大的加筋材料对边坡进行加固处理。     

膨胀土渠道边坡有限元分析

针对某膨胀土渠道边坡的滑坡现象,采用有限元方法进行了滑坡分析,分别考虑了边坡在自重以及在自重和土体水渗流共同作用下的工况。明晰了滑坡产生的原因,为现有的类似边坡评定其滑坡可能性提供一定的参考价值。     

膨胀土边坡的失稳与加固

摘要：本文论述了膨胀土裂缝开展是边坡失稳的主要因素。裂缝使强度降低，裂缝开展深度使坡体分成强度显著不同的两个区域，裂缝还使雨水导入形成渗流，均引起边坡稳定性降低。裂缝的存在，清楚地解释了膨胀土滑坡表现出的浅层性、牵引性、平缓性、长期性、季节性、方向性。反过来说，这些特点的出现证明了膨胀土边坡易于失稳的机理是裂缝开展。从失稳机理出发，提出了土工膜覆盖避免裂缝开展的膨胀土边坡加固方法。作了两年现场试验，并有一年的工程实际应用，都表明了这种加固方法的简便和有效。     

膨胀土边坡的失稳机理及其加固

裂缝开展是膨胀土边坡失稳的主要因素。在裂缝开展区内的土体强度显著降低。由于天气的影响,随着土体干湿的交替变化,使裂缝深度随时间而不断发展,进入坡体裂缝中的雨水还会形成渗流。这些现象均引起边坡稳定性降低。裂缝的存在,可清楚地解释膨胀土滑坡表现出的浅层性、牵引性、平缓性、长期性、季节性、方向性。反过来说,这也表明膨胀土边坡易于失稳的机理是裂缝开展。从失稳机理出发,提出了采用土工膜覆盖避免裂缝开展的膨胀土边坡加固方法。两年现场试验及一年的工程实际应用,表明这种加固方法简便和有效。     

土质边坡开挖试验及其数值模拟研究

通过室内土质边坡开挖试验,研究了加载和开挖条件下边坡变形和应力变化规律,并通过数值模拟方法,探讨了边坡失稳的应力-应变机制,最后分析了开挖对坡体稳定系数的影响。结果表明:顶部载荷和坡底开挖均会降低边坡的稳定系数;初始条件下边坡的稳定系数为1.84,加载120 kg重物后减为1.332,开挖15cm后减为1.093,坡体处于失稳边缘状态;坡体应力在靠近荷载处变化最大,越远变化越小,开挖主要造成坡体竖向受力逐渐减小。     

膨胀土边坡防护方案比选研究

针对膨胀土边坡的防护问题,对土工膜、砂垫层、表砂层和水泥改性土4种防护方案进行室内模型试验,在膨胀土模型边坡干湿循环工况下,对比每种方案下模型边坡的膨胀变形、裂隙开展和含水率变化情况,讨论了各方案的防护效果及工程应用问题。结果表明:4种防护方案中,水泥改性土方案的防护效果最优;采用土工膜方案时应注意土工膜间的搭接处理;采用砂垫层方案时应根据气候条件确定合理的砂垫层厚度;表砂层方案不宜单独使用,可作为辅助措施;采用水泥改性土方案时,在保证防护层厚度的基础上应注意控制其压实度并做好养护工作。     

大气影响带对膨胀土边坡稳定的影响及对策

以南水北调中线南阳某段膨胀土渠坡工程为依托,针对大气影响带深度对膨胀土边坡的影响及应对措施,采用GTS-NX岩土有限元数值计算软件建立有限元模型并进行边坡抗滑稳定分析。结果表明,当大气影响急剧层深度大于1.0 m后,边坡安全系数明显下降,当深度到达2.0 m,边坡接近极限平衡状态,水泥改性土换填厚度宜取2.0 m。     

膨胀土渠坡破坏机理及处理措施研究

膨胀土渠坡失稳破坏频率大,是渠道运行的最大安全隐患。通过对膨胀土渠坡破坏机理深入分析认为,土体膨胀性及结构面发育程度是控制渠坡稳定的内因,雨水、地表水、渠水入渗是引起渠坡失稳的主要外因。结合国内外大量工程实例分析,特别是南水北调中线南阳段膨胀土试验成果,指出了针对膨胀土渠坡不同的破坏机理与地质环境条件,所采取的坡面防护、工程抗滑、坡顶防渗等综合措施,以及加强观测与反馈分析,深入进行工程研究的建议。     

冻融过程对膨胀土渠道边坡劣化模式的影响

干湿作用和冻融作用是季冻土地区复杂环境的两种基本形式,深刻影响着输水渠道的长期稳定性。以北疆膨胀土渠道边坡为研究对象,开展了湿干循环及湿干冻融耦合循环作用下膨胀土渠道边坡劣化过程离心模型试验,探讨了湿干冻融耦合循环作用中的冻融过程对膨胀土渠道边坡劣化模式的影响。试验结果表明:湿干循环作用下膨胀土渠道边坡的劣化模式主要为浅层土体强度衰减和表面裂隙发育,同时伴随着显著的土体崩解剥落特征;湿干冻融耦合循环作用下膨胀土渠道边坡劣化过程中则未出现明显的土体崩解剥落现象,主要劣化模式为渠顶区域土体裂隙拓展、连通;湿干冻融耦合循环作用中的冻融过程使得渠顶处的渠水入渗量大幅增长,造成渠顶土体的干湿循环幅度增大,诱使膨胀土渠道边坡的劣化过程由浅层土体往深层土体发展,在宏观上表现为渠顶及渠坡水位线以上区域内裂隙的连通程度增高、拓展宽度及深度增大,并最终发展为贯穿渠顶的横向张拉裂隙。膨胀土渠道边坡在湿干冻融耦合循环作用下有着自贯穿渠顶的横向裂隙发生失稳破坏的趋势。