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膨胀土地区梯田建设是一项重要的农业开发举措,陕南膨胀土分布广泛,而其不良特性是导致筑坎梯地破坏的主要原因。一方面,膨胀土梯地雨水入渗会导致梯田中膨胀土发生体积膨胀,可能导致梯地筑坎失稳破坏;另一方面,筑坎PP织物袋袋内膨胀土降雨时吸水膨胀并产生膨胀力可能使坎面鼓胀、袋体胀破,从而导致筑坎坎墙的倾覆坍塌。因此研究非饱和膨胀土强度及膨胀力大小,正确评价筑坎梯地的稳定性,控制PP织物袋内膨胀压力,对膨胀土地区坡改梯筑坎建设具有重要研究意义。 本文首先基于非饱和土强度理论研究了坎墙的土压力状况;然后结合分层解析和ABAQUS有限元软件分析了降雨入渗过程中墙后填土逐层饱和时坎墙的失稳条件;最后,针对坎面鼓胀、袋体胀破的破坏问题,提出了PP织物袋内膨胀压力控制技术。得到结论: 1)利用课题组研制的可控制饱和的膨胀土膨胀力测试装置,进行了最大膨胀力实验,实验表明初始含水量越低的土样,在浸水达到饱和时其产生的膨胀力越大。抗剪强度实验结果表明,膨胀土的抗剪强度随含水量的增大而减小。 2)通过对PP织物袋坎墙及其填土坎坡进行解析计算可知,当降雨入渗逐层达到饱和时,PP织物袋坎墙后顶部填土在产生膨胀力但不产生位移释放时,这时膨胀力会使坎墙发生失稳破坏;当墙后填土降雨入渗饱和深度范围在1.0m~1.2m时,墙后膨胀土膨胀力释放、发生体积膨胀时,过大的位移可能会使坎墙发生倾覆破坏;降雨过程中膨胀土裂隙性可能使得填土中间部分吸水膨胀,使坎墙中部鼓胀而可能发生破坏。 3)基于温度场等效模拟降雨诱发膨胀力的观点,通过ABAQUS有限元软件对PP织物袋坎墙及其填土坎坡进行了数值模拟分析,评价了PP织物袋坎墙后膨胀土填土含水量逐层达到饱和时膨胀土产生的膨胀力推动坎墙发生位移及坎墙发生倒塌的条件。软件模拟中考虑了竖向膨胀变形,因此比只考虑水平膨胀变形的分层解析法更接近实际情况,故而得出的降雨入渗破坏深度比分层解析法的破坏临界深度更大。 4)针对坎面鼓胀、袋体胀破的破坏问题,提出了具有防淤和排渗功能的PP织物袋、分隔式PP织物袋、有卸压装置的PP织物袋三种处置技术,这三种措施均可使得袋内膨胀土土体产生的膨胀力得到释放,都能起到很好的卸压作用,从而可以保护以膨胀土做为填料的PP织物袋筑坎的坎墙。