【摘 要】
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本文以白鹿塬西南侧长安区鸣犊街道四坡村废弃黄土窑洞边坡为研究对象,通过详细的实地调查研究废弃黄土窑洞的变形破坏特征,并总结废弃窑洞破坏的模式;采用室内试验研究黄土和古土壤的物理力学性质,并分析窑洞在正常居住、窑洞废弃等不同窑洞状态下含水量与土体力学性质的变化规律;借助迈达斯(MADIS GTS NX)有限元软件模拟不同窑洞状态下窑洞边坡的应力应变特征,进而揭示了废弃黄土窑洞边坡变形破坏机理并提出相
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本文以白鹿塬西南侧长安区鸣犊街道四坡村废弃黄土窑洞边坡为研究对象,通过详细的实地调查研究废弃黄土窑洞的变形破坏特征,并总结废弃窑洞破坏的模式;采用室内试验研究黄土和古土壤的物理力学性质,并分析窑洞在正常居住、窑洞废弃等不同窑洞状态下含水量与土体力学性质的变化规律;借助迈达斯(MADIS GTS NX)有限元软件模拟不同窑洞状态下窑洞边坡的应力应变特征,进而揭示了废弃黄土窑洞边坡变形破坏机理并提出相应的防治措施。得出的研究成果如下:(1)研究区地貌类型为黄土台塬,坡面形态为阶梯形。窑洞破坏类型包括:裂缝、窑洞冒顶和窑洞崩塌。稳定性的影响因素包括:地形地貌、物质组成、水文、人类活动和降雨。研究区破坏模式可以分为窑洞冒顶破坏和窑洞崩塌破坏。(2)通过对研究区土样进行室内试验研究总结Q2eol黄土和古土壤物理力学特性的差异;通过室内直剪实验对不同窑洞状态下含水量和土体力学性质的研究得到:随着含水量的增加,Q2eol黄土和古土壤的粘聚力c随含水量ω的增加而降低,变化趋势呈指数函数关系;内摩擦角φ随含水量ω的增加而降低,变化趋势呈二次多项式关系。(3)采用强度折减法(SRM法)对窑洞边坡进行稳定性分析,随着含水量的增加边坡稳定性逐渐降低。其中废弃黄土窑洞边坡稳定性较正常居住窑洞明显降低。(4)通过对数值模拟结果分析得出:窑洞周围土体最大竖向位移值出现在窑洞拱顶;最大水平位移出现在两窑洞相邻的窑洞立壁中点处;窑洞拱顶、底部和立壁处应力较大,非圆滑转角处出现应力集中现象;塑性区最先出现在两窑洞相邻的直臂中点附近,且两窑洞间区域土体的等效塑性应变值显著大于其他区域土体。随着窑洞状态的变化即坡体含水量的不断增加,各应力、应变值不断增大,且各塑性应变区有向坡顶和坡体内部扩展的趋势,黄土窑洞边坡发生整体失稳的可能性增大。(5)分析总结不同状态窑洞边坡的MADIS数值模拟结果得出废弃黄土窑洞边坡破坏机理为:随着窑洞废弃,土体含水量的增加导致土体力学性质的降低,局部临空面土体发生失稳掉落,随着降雨等因素的作用,土体力学性质进一步降低,窑洞拱形结构遭到破坏,从而引起窑洞所在边坡发生崩塌等整体失稳破坏。(6)借鉴已有的废弃黄土窑洞边坡防治措施,结合研究区废弃黄土窑洞边坡破坏机理对废弃黄土窑洞边坡进行治理工程设计,并运用数值模拟软件对治理前后边坡进行对比分析。
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