降雨条件下寒区盐渍土路基边坡稳定性研究

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:YFY2006
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青藏高原位于中国西北部地区,有广泛的盐碱地和盐湖,盐渍土在水分变化较大的情况下,物理化学过程复杂,膨胀或收缩,结构改变,对土体工程性质包括体积特性和强度参数影响较大。由于盐渍土中不同盐分类型的溶解度和亲水性差异较大,为了明确高盐量盐渍土含水量与抗剪强度关系变化对盐渍土路基边坡稳定性的影响,主要开展以下几方面研究:首先,开展降雨量和现场含水量沿深度分布情况调查,结合已有的室内试验,针对不同含水量条件下高氯盐渍土(CL-1)和高硫低氯盐渍土(CL-2)路基填料进行直剪试验,得出含水量与抗剪强度参数关系函数。并通过体积压力板仪试验测量土样基质吸力随体积含水量的变化规律。在此基础上推导盐渍土渗流模型以及含水量对盐渍土抗剪强度和变形特性的影响,建立盐渍土抗剪强度公式。同时,分析含水量对该盐渍土路基填料杨氏弹性模量的影响,利用数值拟合考虑含水量影响下的盐渍土切线杨氏模量公式。其次,基于GeoStudio建立盐渍土路基含水量—强度参数等值分层计算模型,利用GeoStudio中SEEP/W模块,在路基边坡不同深度处设置特征点和特征截面,模拟路基内部不同位置含水量的变化规律。最后,采用饱和/非饱和渗流的有限元分析和路基边坡稳定性的极限平衡分析相结合的方法,利用GeoStudio中SLOPE/W模块,分别计算和分析降雨强度、降雨持续时间、降雨类型等工况对盐渍土路基边坡稳定性的影响。结果表明:(1)含水量在最优含水量的基础上增加3%后,测得土样黏聚力变化较大,CL-1和CL-2的黏聚力较最优含水量时分别下降了94.3%和54.0%。内摩擦角的变化不大;在最优含水量的基础上减少3%时,CL-1和CL-2的黏聚力较最优含水量时分别提高了277.1%和89.7%。CL-2的内摩擦角的变化很小,CL-1的内摩擦角有较大变化,内摩擦角从43.02°变为37.27°。(2)提出适用于盐渍土的水分运动方程,它是以基质吸力为控制变量的方程。同时,在三个不同含水量(wopt-3%,wopt,wopt+3%)下,得到了受含水量影响的高盐量盐渍土抗剪强度表达式。分析含水量和杨氏弹性模量的影响,利用数值拟合建立考虑含水量影响下的盐渍土切线杨氏模量公式。(3)当路基填料分别采用CL-1、CL-2时,在相同的降雨强度下,随着深度的增加,土壤体积含水量的增加量减小。距离路基边坡坡面和天然地表相同处土壤体积含水量,降雨对坡面下的土壤体积含水量影响更大。在降雨前期,不同降雨类型对土壤体积含水量影响顺序依次为:前锋型>平均型>中锋型>后锋型;在降雨后期,不同降雨类型对土壤体积含水量影响顺序依次为:后锋型>中锋型>平均型>前锋型。(4)CL-1填筑的路基相对CL-2填筑的路基其安全系数变化较为明显,主要是因为氯盐的亲水性较硫酸盐强,抗剪强度参数受到水分变化的影响更大,从而进一步导致CL-1填筑的路基安全系数降低比CL-2填筑的路基更明显。不同降雨类型影响了在降雨过程中的边坡安全系数大小,在降雨前期的安全系数大小排序为:后锋型≥平均型≈中锋型≥前锋型,而在降雨结束后不同类型降雨对边坡安全系数的影响一致,即最终安全系数趋于一个定值。(5)针对降雨导致的边坡失稳的病害类型,同时针对这些病害提出相应的防护措施,包括抬高路基、设置防水隔断层、种植盐生植物等。
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