考虑抗拉特性的结构性黄土边坡稳定性分析方法研究

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对于结构性土而言,抗剪强度和抗拉强度是结构性土强度特性不可偏废的两个方面,课题,尤其是结构性黄土边坡工程,目前大多关注于研究其抗剪强度,而对于抗拉强度的研究相对较少。本文为了研究结构性土的抗拉强度,研制开发了适用于测试结构性土抗拉强度的试验装置,并进行了调试与试验。结合抗拉抗剪试验结果提出一种适用于结构性土的联合强度准则,同时在课题组已有研究的基础上,为了更加合理地实现计算,改进了结构性参数描述方法,并将其纳入了结构性土边坡稳定性分析中,最后完成了相应的边坡有限元程序研制,对实际黄土边坡的稳定性进行了分析,得出如下结论:  (1)对比各种粘性土抗拉强度测试装置的优缺点,设计研制了一种适用于非饱和及饱和结构性土抗拉试验的装置及相关附属设备,调试和完善了该仪器,并进行试验研究,得出了结构性土抗拉强度与含水量的关系,间接反映了结构性损失对于抗拉强度的影响。  (2)将结构性黄土单轴压缩试验、三轴压缩试验及结构性黄土抗拉强度的试验测试结果相结合,综合分析三种试验的应力路径和强度破坏线,探索性地提出了一种能综合考虑结构性黄土抗拉强度和抗剪强度的双曲线强度变化规律拟合公式,并验证了其合理性。  (3)针对结构性参数的变化规律,一是通过拟合公式确定初始结构性参数解决了有限元分析中初始结构性参数场的确定难题;二是在分析结构性参数随应变发展变化的试验数据基础上,提出了描述结构性参数变化规律的双曲线拟合公式,该公式可以较好地符合结构性参数变化的客观规律,为分析边坡土体中结构性参数分布奠定基础。  (4)在结构性土的联合强度拟合公式中引入结构性参数,得出了结构性黄土联合强度破坏理论,该强度理论能更加合理、全面地反映结构性土的抗拉和抗剪强度特性,有效地克服了Mohr-Coulomb三维屈服面夸大了实际士的抗拉强度的问题。  (5)将结构性黄土联合强度理论应用于边坡有限元分析,说明了结构性及其抗拉强度是黄土边坡能够长期稳定存在的重要原因,此时联合强度理论更能符合结构性土的强度特性。同时在结构性土边坡的稳定性分析中,结构性参数等值线的变化规律也可以在一定程度上判断边坡的失稳特征。
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