紫色土坡耕地埂坎土壤抗剪特征研究

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紫色土坡耕地是三峡库区水土流失防治的重点,埂坎是坡耕地水土保持的重要措施。土质埂坎占三峡库区现有坡耕地埂坎比例超过65%,控制坡耕地土壤侵蚀效果明显。埂坎稳定是其发挥水土保持作用的前提,抗剪强度是衡量土质埂坎稳定性的重要指标。本研究选择紫色土区典型坡耕地埂坎为研究对象,通过室内三轴不固结不排水试验(UU)研究了不同含水率和干密度、二者交互作用以及加筋对埂坎土壤抗剪特征的影响。主要结果如下:(1)相同干密度状况下,随着土壤含水率的增加,埂坎土壤黏聚力(c)先增后减,呈二次曲线变化,峰值出现在含水率11%左右。当含水率达到26%时,埂坎土壤黏聚力衰减速率较快,土体抗剪强度明显衰减;土壤内摩擦角(φ)随含水率的增加逐渐减小,符合一阶指数衰减规律。当含水率质量分数达到26%时,内摩擦角衰减趋势放缓;埂坎土壤极限主应力差(σ1-σ3)也表现为先增后减。(2)相同含水率状况下,随着干密度的增加,土壤黏聚力、内摩擦角和极限主应力差均有所增大,但增加的幅度各不相同。相对而言,含水率比干密度对土壤黏聚力、内摩擦角和极限主应力差的影响更大,但含水率和干密度的交互效应对土壤黏聚力、内摩擦角和极限主应力差的影响很小,基本可以忽略。(3)不同含水率和干密度下紫色土坡耕地埂坎土壤的应力-应变曲线特征有所不同,随含水率递增依次呈现应变软化型、硬化型和弱硬化型,而随干密度递增埂坎土壤的应力-应变曲线依次呈现硬化型、弱硬化型和应变软化型,且随着围压的递增更多呈现硬化型。(4)土壤黏聚力比土壤内摩擦角更容易受到加筋材料的影响,3种试验材料加筋土均体现出土壤黏聚力随着加筋含量的增加先增大后减小,土壤内摩擦角随加筋含量无明显变化。不同加筋材料类型处理下埂坎土壤黏聚力大小为:c麦壳>c竹丝>c稻秆>c素土,极限主应力差在4种围压下均体现出(σ1-σ3)麦壳>(σ1-σ3)竹丝>(σ1-σ3)稻秆>(σ1-σ3)素土,不同加筋材料均能提升土壤抗剪强度,相比素土强度都有所增强,但各类加筋材料之间提升强度水平各不相同,其中麦壳加筋效果最好,其次是竹丝,最后是稻秆。3种加筋土均表现出土壤极限主应力差随着加筋含量的增加先增大后减小,出现了最优加筋含量,分别为麦壳0.8%、竹丝0.5%、稻秆0.3%。
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