膨胀岩是一种遇水膨胀、软化,失水收缩、崩解的特殊软岩,它具有十分特殊的工程特性,易造成边坡失稳,对工程造价以及安全运营的影响很大。膨胀岩在我国广泛分布,对膨胀岩边坡稳定性的研究具有重大的意义。南水北调中线工程是本世纪的一项特大跨流域的调水工程,总干渠长1427.17km,其中穿越膨胀性岩土的地段累计长度约340km,如何对膨胀岩渠坡的稳定性进行正确分析是南水北调中线工程的关键问题之一。本文依托于长江科学院承担的“南水北调中线总干渠膨胀岩渠坡处理现场试验”项目的子题“膨胀岩渠坡稳定性分析”进行研究,也是国家“十一五”科技支撑计划重大项目“膨胀土边坡破坏机理与处理措施”的研究内容。本文主要针对膨胀岩边坡稳定性数值分析的若干问题进行研究,研究内容主要包括:1、对膨胀岩原状样和重塑样的强度特性和胀缩特性进行了室内试验,结果表明膨胀岩的总应力强度指标与含水量状态有关,其胀缩特性与初始含水量和干密度密切相关。进行了分级加载下的有荷膨胀试验,得出了膨胀岩的变形模量与应力状态的关系,结果表明在压缩状态下模量较高,而在膨胀过程中随膨胀变形的加大其变形模量降低。2、分析了新乡膨胀岩和南阳膨胀土物理力学特性的异同,天然状态下新乡膨胀岩的干密度、压缩模量和抗剪强度较高,而新乡膨胀岩的塑性指数、胶粒含量、无荷膨胀率和自由膨胀率较低。同时,受应力状态和含水量状态变化的影响,新乡膨胀岩较南阳膨胀土更容易崩解。3、研究了膨胀岩的本构模型与参数取值问题,推导了变形模量与应力状态的关系。4、探讨了强度折减法分析边坡稳定性的基本原理,研究了不同失稳判据对边坡的安全系数与关键滑面位置的影响,分析了膨胀岩的相关参数对边坡应力变形与稳定性的影响,并探讨了有限元网格划分和单元类型对计算结果的影响,同时将强度折减法与刚体极限平衡法计算获得的安全系数与关键滑面位置进行了对比。5、运用ABAQUS的单元“死活”技术,模拟不同初始应力场下边坡的开挖过程,探讨了受膨胀岩超固结特性影响的初始应力场对开挖边坡的应力、变形与稳定性的影响。6、研究了不同坡比和不同坡面平台设置对开挖边坡的应力变形分布的影响,采用强度折减法分析了边坡的稳定性,探讨了膨胀岩开挖边坡的几何要素对稳定性的影响,并分析了开挖卸载影响下膨胀岩边坡的破坏特点。7、考虑膨胀岩的吸湿膨胀特性,研究了采用温度应力场模拟湿度应力场的数值计算方法,采用ABAQUS的温度应力模块对膨胀岩边坡的吸湿膨胀过程进行了数值模拟。研究了吸湿膨胀过程中边坡的应力变形规律,并采用强度折减法分析了边坡的稳定性,探讨了吸湿膨胀对膨胀岩边坡的应力变形与稳定性的影响。8、对单裂隙结构下的膨胀岩边坡提出了简化模拟办法初步探讨了裂隙结构对膨胀岩边坡稳定性的影响,提出了简化计算方法。9、对研究成果及相关问题进行了总结,提出了膨胀岩边坡稳定性数值分析进一步应开展的研究工作。