黄土边坡降水入渗规律及其稳定性研究

由于黄土地区地下水埋藏较深,降水因此成为影响公路黄土边坡稳定性的主要因素。根据饱和-非饱和土的渗流理论,考虑降水入渗的影响,利用有限元的方法,对阎良—禹门口高速公路的黄土边坡在百年一遇降水强度下的入渗规律和稳定性进行了数值模拟,同时根据现场人工降水试验证明:强降水条件下水分入渗的深度有限,一般为表层2m深度范围,且入渗深度随着降水时间的增加而增加,边坡安全系数逐渐减小,但对边坡的整体稳定影响不大;坡面出现冲刷破坏,如果不采用坡面防护措施,随着降水次数增加,将会出现局部破坏,最终导致整体边坡的失稳。而对于失稳状态下的危险边坡或老滑坡,滑坡出现频率与降水强度成正比例,并有一定的滞后性。     

软土基坑变形失稳形态模拟试验研究

通过不同土性、地下水条件下软土基坑开挖变形失稳的模拟试验, 研究了软土基坑开挖变形发展直至失稳破坏的全过程。通过试验研究, 初步认为软土基坑坑壁在无支护或支护刚度较小的情况下, 其坑壁破坏形态呈抛物线型; 在基坑开挖范围内若存在有砂性土, 且地下水位较高时, 易于发生流砂渗透破坏, 并导致了地表沉陷, 但侧向变形相对较小; 而对于因承压水引起的坑底土体隆起变形, 若不考虑土体的强度特性, 计算结果是偏于安全的。     

不同渗流条件下无限斜坡稳定性分析方法探讨

顺层滑坡和冻土地区的浅层滑坡如融冻泥流和热融滑塌等，其斜坡深长比很小，一般属于无限斜坡类型，这类滑坡的形成往往与地下水的存在有关。本文应用有效应力原理推导了不同渗流条件下无限斜坡稳定性分析的计算模式，对各种不同表达形式的安全系数进行了讨论和对比，得出在流线平行于斜坡条件下。两类特殊条件(干土坡、饱水土坡)下的分析结果与相同情况下安全系数统一式结果相一致的结论；流线为相互平行的水平线、流线与坡向一致两种情况分别为孔晾压力和安全系数的两种特例。     

公路路基黄土湿陷性评价问题

公路工程对湿陷性黄土的研究基本上是采用房建建筑的规范和试验规程进行勘察和设计,由于公路路基的工作环境和受力状态与房建工程地基差异很大,将房建建筑的规范直接应用于黄土地区高等级公路的湿陷性评价与计算存在着盲目性、不合理性,更为重要的是缺乏针对性。本文通过对现有规范在路基黄土湿陷性方面的合理性与实用性研究,结合降雨入渗的分布规律,提出了适合黄土地区高速公路的路基黄土湿陷性评价方法与模型。     

公路黄土地基处治前后沉降变形分析

在湿陷性黄土地区,黄土作为高速公路地基的主要原料其强度和变形特性不能满足要求,主要有振动碾压、冲击碾压和强夯3种有效且实用的处治方法。本文根据原位试验和室内试验的数据,进行有限元模拟,在不同高度路堤和不同加载方式情况下,地基沉降变形随着处治能级的增加而减小,路堤本身的沉降保持不变。对于地基处理的深度和沉降变形减小的效果,强夯最好,冲碾次之,振碾最弱。处治前后地表中心沉降变形值与加载路堤高度之间的关系均可用二阶多项式回归拟合。2～4m高的路堤采用振碾的方式处理地基,5～10m高的路堤采用冲碾方法,大于10m的路堤多用强夯或者直接修桥来代替,对于黄土地区高速公路建设与维护具有重要意义。     

延安压实黄土土−水特征曲线的快速预测方法

传统测试土−水特征曲线（soil-water characteristic curve,简称SWCC）方法耗时较长,开发快速确定非饱和土的SWCC具有重要的实践意义。为了实现压实黄土SWCC快速预测,对不同干密度压实黄土进行了水势和水分测试,并且运用核磁共振（nuclear magnetic resonance,简称NMR）技术对其孔径分布曲线进行了测试。根据测试结果建立了基于孔隙比的延安压实黄土土−水特征曲线快速预测方法,并利用实测数据验证了方法的准确性。结果表明：预测模型中的分形维数D可用孔径分布曲线上两点（峰值点和半幅点）的累计孔隙体积与孔径在双对数坐标中连成直线的斜率确定;基于孔隙比和优势孔径在双对数坐标中的线性关系,D可用孔隙比进行表示。SWCC进气值受大孔隙直径控制;过渡段斜率受中孔隙体积控制;压实黄土存在一个临界孔径,而残余含水率主要受孔径小于临界孔径的孔隙体积控制,并且提出了求取残余体积含水率的经验方法。与传统方法相比,所提出的方法可以在确定SWCC时节省大量时间。     

不同干密度压实黄土的饱和/非饱和渗透系数预测模型

非饱和渗透系数直接测量代价较高,且精度不能完全保证,因此,基于达西定律,建立饱和/非饱和渗透系数的简便实用预测模型具有重要的理论和实践意义。采用自制的非饱和渗透装置测试了不同干密度下延安压实黄土的非饱和渗透系数,并运用核磁共振技术测定了其孔径分布曲线。基于孔隙分布特征将达西定理微分化,建立了孔隙比与饱和/非饱和渗透系数关系模型。研究结果表明：预测模型中的参数（D和B）可用孔径分布曲线上两点（峰值点和半幅点）的累计孔隙体积与孔径在双对数坐标中连成直线的斜率和截距确定;孔隙比和优势孔径在双对数坐标中具有线性关系,模型参数均可用孔隙比表示;模型预测结果与实测值基本吻合,具有简便、可靠和实用性。     

黄土渗透和强度性能的改良优化

为探寻适用于黄土地区海绵城市建设的具有较高强度和防渗性能的路基换填材料,通过对掺入水泥、聚丙烯纤维、膨润土的黄土进行强度和渗透性试验,并基于正交试验和田口方法的信噪比分析,获得了改良黄土各掺量的最优配比方案。结果表明:水泥掺量对改良黄土的无侧限抗压强度影响最显著,聚丙烯纤维掺量和长度对其渗透系数影响最大;改良黄土各掺量的最优配比为聚丙烯纤维长度取12 mm、聚丙烯纤维掺量取0.3%、膨润土和水泥掺量分别取3%和8%;在3、7、14 d养护龄期下,最优配比改良黄土的强度和渗透性能均优于不同配比的石灰改良黄土。改良的黄土各掺量最优配比可为黄土地区海绵城市道路建设中的路基处理提供参考。      

原状黄土土-水特征曲线与湿陷性的相关性

为了研究原状黄土土-水特征曲线与黄土湿陷性之间的联系,在陕西西安长安区取地表以下30 m范围内的原状黄土土样,进行基本物理指标试验和湿陷性试验。对不同典型地层的黄土-古土壤试样进行土水特征曲线试验,通过电镜扫描从微观角度分析。研究结果表明：大孔隙的数量与饱和体积含水率呈正相关;中孔隙的数目与过渡区斜率的大小呈正相关,孔隙数目越多土体失水速度越快;微小孔隙的数目和土的塑性指数影响残余含水率的大小。对于不同深度土层,饱和体积含水率和过渡区斜率与土层的湿陷系数呈正相关;塑性指数接近土层的湿陷系数对残余体积含水率的影响不明显;古土壤层的SWCC与湿陷系数之间存在与黄土层相同的正相关性。文章从非饱和土力学的方向去研究黄土的湿陷性,为湿陷性的研究提供一种新的研究角度。     

喜家湾地震黄土滑坡形成机理

在喜家湾滑坡现场调查基础上,采集黄土斜坡的原状黄土和滑坡滑带土试样进行了室内试验,分析计算了滑坡土体震陷性和液化可能性;并结合滑坡发生前斜坡在地震作用下的稳定性分析及数值模拟,对该滑坡的形成机理进行了研究。研究表明,地震发生时,斜坡上部黄土产生震陷,结构破坏,下部泥岩面附近处于饱和状态的黄土在很短时间内产生了液化现象,坡体下滑形成震陷—液化复合型滑坡。