多次干湿循环前后武乡地区黏土性质变化及边坡渗流稳定性研究

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自然界降雨-蒸发带来的干湿耦合作用对土体性质、结构产生诸多不利影响,进而影响众多工程建设,因此研究干湿循环下土体性质、结构变化情况具有重大意义。本文采用烘干法模拟脱湿过程、水膜转移法模拟增湿过程对取自武乡盆地边缘的黏土进行干湿循环试验。在干湿循环过程中通过数字摄影与计算机技术相结合的手段研究土体表面的裂隙演化。之后分别对多次干湿循环前后的土样进行微观试验、强度试验、渗透试验及膨胀试验,并利用灰色理论将微观特征与宏观性质相结合的方法全面了解干湿循环作用对黏土工程性状的影响程度。最后基于室内试验结果对黏土质边坡进行有限元模拟计算,研究干湿循环、裂隙等因素对边坡渗流稳定的影响规律。本文的主要研究成果有:(1)黏土在脱湿过程中出现明显的干缩现象,多次干湿循环后土体干缩程度变大,并且由先从四周干缩转变为先从中间缩裂;脱湿时,土体表面中间出现大的主裂隙,四周发育细小裂隙,随着干湿循环次数增加,土体更碎块化,土体表面不再保持这种主裂隙而是随机发育大裂隙。(2)黏土土体微观孔隙较大、孔径分布较广,颗粒之间多以面-面、面-边的形式相接触;干湿循环作用使颗粒被破坏从而向小颗粒转化,颗粒变小变破碎,颗粒之间孔隙孔径也趋向于减小。(3)黏土体干湿循环前后的强度性质衰减较大,土体渗透系数在多次干湿循环后出现数量级上的增大,而土体的无荷膨胀率与干湿循环的次数呈负相关。通过灰色理论关联度计算得出:四种土体颗粒形态特征指标,都能对水分在土体中运移产生一定影响,因此都与土体宏观性质表现出一定的相关性。(4)多次干湿循环后的边坡稳定性出现较大的下降,雨水入渗深度出现较大的提高,最危险滑移面位置出现上移现象,即多次干湿循环后的边坡更易发生浅层滑坡现象;裂隙对边坡的稳定性具有较大的破坏影响,雨水通过裂隙加大了入渗深度使得边坡最危险滑移面位置向边坡浅层区域靠近,说明裂隙的出现同样使边坡更容易出现浅层滑坡现象。
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