膨胀土边坡失稳机理和稳定性分析

从微观的角度阐述了膨胀土的胀缩性、裂隙性和超固结性,从而根据膨胀土的三个特性和外部环境因素对膨胀土边坡失稳机理、稳定性进行了分析,揭示了导致膨胀土边坡失稳的机理及影响稳定性的外部环境因素,提出了边坡防护的措施。     

膨胀土边坡稳定分析方法研究

Bishop法等边坡稳定分析的经典方法用于分析膨胀土边坡时本身并无问题,只是由于计算条件的考虑不足,使得计算结果不能反映出膨胀土上的滑坡特点。在Bishop法的基础上,通过完善其计算条件,考虑了裂缝开展导致的土体强度降低、裂缝开展的深度、降雨时裂缝群中形成的渗流,以及可能的裂缝侧壁静水压力的作用等影响因素,完成了对膨胀土边坡稳定分析方法的改进。改进后的方法反映出裂缝对膨胀土边坡稳定性的影响,计算结果真实再现了浅层性、牵引性、长期性、平缓性和季节性等膨胀土边坡的滑坡特点。     

考虑吸湿膨胀及软化的膨胀土边坡稳定性分析

膨胀土是一种具有显著的吸水膨胀和失水收缩特性的特殊黏性土,暴露于大气中的膨胀土边坡处于连续的干湿循环过程中,在降雨条件下极不稳定。基于饱和-非饱和渗流理论,对降雨条件下膨胀土边坡的非饱和渗流过程和吸湿过程进行了数值模拟。编写了相应的FORTRAN语言程序,考虑了渗流过程中基质吸力变化、渗流软化和吸湿膨胀的影响,分析了强度衰减、渗流软化和湿胀对膨胀土边坡整体稳定性的影响。结果表明,在降雨作用下,经过多次干湿循环后,膨胀土边坡的破坏模式为浅层牵引式崩塌,破坏面位于风化区,与普通黏性土边坡的深层圆弧滑坡有较大区别。在考虑湿胀软化效应后,边坡最大位移增大了一个数量级,稳定性系数显著降低,膨胀性是边坡浅层滑坡的主要原因。研究结果较好地解释了膨胀土滑坡特有的牵引性、反复滑动性和浅层破坏性。     

冻融循环下加筋膨胀土边坡稳定性模型试验

控制边坡在冻融循环中的劣化作用,可保障季节冻土区域膨胀土边坡长期稳定。为确定土工格栅对膨胀土边坡在冻融循环过程中的稳定效果与工程意义,本文开展了膨胀土边坡模型试验,对比冻融过程中边坡内土压力、含水率、位移、温度变化。结果表明：土工格栅可约束膨胀土冻融裂缝,使裂缝发育更为均匀一致,同时减小边坡位移;加筋材料能抑制边坡水分迁移与热传导并减小土压力变化;对膨胀土边坡加筋处理可显著降低含水率波动幅值,从而减小膨胀土受含水率变化引发的胀缩劣化;不同于普通黏土,膨胀土边坡冻融循环中呈现冻缩融胀特点,而边坡加筋可有效提升冻土区膨胀土边坡的冻融稳定性,具有工程应用价值。     

土工袋加固膨胀土边坡降雨−日晒循环试验研究

为了解复杂气候条件下土工袋加固膨胀土边坡的效果与机制,开展袋装膨胀土边坡降雨−日晒循环试验,观察并分析边坡位移变形、坡面冲刷、降雨入渗等情况,并与素膨胀土边坡进行对比。试验结果表明：素膨胀土边坡在降雨−日晒循环作用下,边坡表面产生的裂隙较多,容易出现土体流失,土工袋则具有良好的反滤和抗冲刷作用,可以减少袋内和下卧层土体的流失,保持边坡的稳定性;土工袋对膨胀土有较好的约束作用,可以有效地抑制其膨胀变形,减小因变形引发边坡失稳的可能性;土工袋有良好的排水效果,雨水能通过土工袋袋间间隙快速地排出,边坡内含水率的增加幅度较小。     

膨胀土边坡防护机理分析及防护方法比较

膨胀土是一种广泛分布的难处理的问题土。膨胀土边坡容易发生失稳破坏,要找到最佳的防护方法,需要从其破坏机理着手。总结失稳机理的已有研究成果,指出膨胀土边坡具有区别于一般黏性土边坡的特殊破坏机理,主要在于膨胀土的裂隙性,需要特殊对待。对膨胀土边坡的特殊防护机理进行了分析,主要为通过控制边坡水分变化来限制土体裂缝开展。按照防护机理的不同,将现有的膨胀土边坡防护方法分为两类:限制裂缝开展和不限制裂缝开展,前者包括土工膜法、换填法和化学改性法等,后者包括支挡结构法、坡面防护法、土工袋法和物理改良法等。对这些防护方法进行了具体的分析和比较,以供工程运用选择作参考。对膨胀土边坡防护方法的设计给出了建议。     

基于多场耦合数值分析的膨胀土边坡浅层膨胀变形破坏机制研究

膨胀土地区大量工程实践表明,发生在膨胀土边坡浅表层一定深度范围内的牵引式滑坡现象非常普遍,对于该种渐进性边坡破坏模式,传统极限平衡分析无法反映其失稳状态和破坏机制。借鉴温度场中温度膨胀系数的定义和数值处理方法,以室内无荷/有荷膨胀率试验成果为依据,对膨胀土的湿度膨胀系数进行了反演拟合,得到低荷载条件下含水率-膨胀系数近似符合线性关系。基于降雨作用下膨胀土边坡破坏的大型静力物理模型试验成果,采用FLAC非饱和二相流模型模拟降雨引起的边坡湿度场分布变化状态,引入含水率-膨胀系数的线性关系,提出一种适用于膨胀土边坡的湿度场-膨胀变形场-应力场的多场耦合数值分析方法,并藉此对物理模型试验进行仿真。结合模型试验和多场耦合数值分析,阐述膨胀土边坡浅层渐进性破坏机制的本质是水力边界条件变化引起的膨胀土膨胀变形作用。     

锚杆框架梁加固膨胀土边坡的数值模拟及优化

锚杆框架梁是加固膨胀土路堑边坡的一种方式,能够有效地抑止膨胀土边坡裂隙的扩展和发展,阻止边坡体的变形。为了研究锚杆框架梁的加固效果及其坡率对膨胀土路堑边坡的影响,采用了快速拉格朗日差分分析三维软件FLAC3D模拟锚杆框架梁加固膨胀土路堑边坡。数值分析及结果表明,坡率与膨胀土路堑边坡变形密切,锚杆框架梁参数中锚杆布设角度和间距对膨胀土边坡变形影响较大,同时对锚杆框架梁的主要参数提出相关的建议,为工程和设计优化提供了参考。     

裂隙性膨胀土饱和-非饱和渗流分析

降雨入渗条件下的裂隙性膨胀土边坡稳定性与其渗流场分布密切相关,对渗流分析中的积水深度进行了数值模拟,结果显示,不同的积水深度对渗流场的影响很小,因此,在进行裂隙性膨胀土渗流分析时,积水深度为0的假定是可以接受的。基于膨胀土开裂裂隙的规模及渗透性的不同,提出了考虑裂隙系统的膨胀土边坡渗流分析方法,计算结果表明,土体开裂显著改变了膨胀土内部的渗流场分布。该方法可以更好地模拟坡渗流场随时间的变化规律,以及更合理地解释了降雨入渗引起的膨胀土边坡浅层滑动机制。     

膨胀土边坡稳定性非连续变形分析新方法

许多膨胀土边坡在长期的地质和干湿循环的自然气候作用下裂隙逐渐发展,以致被裂隙分割成块体系统。将膨胀土边坡看成是一个具有非饱和土本构关系、块体间存在摩擦力和膨胀力和具有牵引式滑动及时空效应特点的块体系统,建立了一种新的边坡稳定性非连续变形分析方法,并应用于某高速公路段膨胀土边坡稳定性的分析中,获到了很好的效果。     

基于原位剪切试验的膨胀土边坡稳定性研究

膨胀土边坡稳定性一直是膨胀土研究领域的重要课题,以南阳地区膨胀土为试验对象,根据原位剪切试验给出膨胀土抗剪强度取值方法,在试验的基础上提出了膨胀土抗剪强度的修正计算公式,然后应用到该地区的膨胀土边坡稳定性计算,通过对典型边坡的分析表明,其方法对膨胀土边坡稳定性评价具有重要参考意义。     

考虑抗剪强度衰减特性的膨胀土边坡稳定性分析

针对传统膨胀土边坡稳定性分析中无法考虑膨胀土在降雨入渗过程中抗剪强度动态衰减的问题,本文开展了室内直剪试验,系统研究了干密度和含水量变化对膨胀土抗剪强度指标的影响;同时,以试验抗剪强度结果为参数,开展了基于强度折减法的膨胀土边坡稳定性分析,获得了抗剪强度动态衰减过程中边坡稳定性的变化规律。结果表明,含水量的增加和干密度降低会造成膨胀土黏聚力和内摩擦角的衰减,黏聚力衰减显著,内摩擦角衰减较少;膨胀土边坡稳定性主要受风化层土体含水量控制,随着膨胀土含水量的增加,膨胀土边坡逐渐由稳定状态演变为欠稳定状态;干密度对膨胀土边坡稳定性的影响则相对较小。     

南阳膨胀土渠道滑坡破坏特征与演化机制研究

为了解河南南阳地区膨胀土渠道边坡滑坡机制,基于南水北调中线工程南阳段19个滑坡的现场调研统计结果,选取南阳段TS105+400处右岸滑坡为典型实例,开挖探槽揭露滑坡内部结构,对该区膨胀土渠道滑坡的破坏特征及演化机制进行了研究。结果显示,该区滑坡多发生在 地层;边坡的稳定性受中上部土体中的垂直节理及坡脚充填强膨胀土的缓倾长大裂隙共同控制,滑动面由后缘陡倾裂隙及前缘缓倾长大裂隙组成。开挖卸荷导致垂直节理张开,垂直节理向下可延伸3 m以上,破坏边坡土体整体性,且充当水分出入边坡的主要通道;坡面以下深度4～8 m存在一个高湿度带,带内土体强度小,发育滑动面。气候造成的胀缩循环、开挖卸荷导致边坡垂直节理张开并向深部发展,对边坡土体的强度衰减作用明显,当垂直裂隙与前缘缓倾裂隙贯通后,发生强（久）降雨,裂隙充水软化,即诱发边坡失稳。     

基于强度分区的膨胀土路堤稳定性及土工格栅处治效果分析

由于填筑密实度、含水率的差异,整个膨胀土路堤内存在以含水率和干密度为特征的强度分区,且路堤表层土体由于直接受大气、降雨作用,温度、湿度变化频繁,胀缩变形剧烈,裂隙发育,强度将剧烈衰减。但该实际存在的强度分区一般在稳定性计算中多被简化为均质体而不能反映实际情况。强度分区法则考虑大气和气候影响以及路堤内压实度差异,并综合考虑土工格栅的作用。基于强度分区的膨胀土路基边坡稳定性的分析结果表明,强度分区法更能反映路堤土体强度差异的实际情况,能真实地体现改性处治和铺设土工格栅对路堤稳定的贡献,具有显著的优点。对于素填土膨胀土路堤,边坡表层容易发生局部浅层滑动,进而诱发和牵引发生深部滑动破坏;石灰改性后虽能提高路堤稳定性,但表层局部稳定性安全储备并不宽裕,尚未彻底根除安全隐患。土工格栅虽对整体稳定性贡献不大,但可显著提高局部稳定性,并有效地消除膨胀土路堤边坡浅表滑塌的隐患。     

膨胀土化学改良试验研究分析

膨胀土的改良是膨胀土工程地基处理研究领域中的重要课题之一,已受到岩土科学工作者和工程师的普遍关注。结合某公路膨胀土边坡防护工程,采用ESR生态改性剂进行膨胀土化学改良试验研究,探讨了膨胀土的化学改良机理和效果。结果表明,膨胀土经化学改性为非膨胀土,且由原来的亲水性变成憎水性,能达到较好的水稳定性,尤其是地表浅部的改性土能达到长期浸泡无崩解的效果。改性后的土体具有砂土的特征,各项强度指标大幅度提高,地基承载力有着明显的提高,并随着ESR生态改性剂喷洒次数的增加,其承载力逐步增大,在短时间内达到稳定值,最佳喷洒次数为3～4次。     

南宁外环膨胀土路基处治技术及设计方案研究

拟建南宁外环路穿越膨胀土分布区,若实施刚性支挡难以保证开挖边坡稳定,沿用弃土换填方案填筑路堤至少需废240万方,使工程投资大增并严重破坏生态环境,为此,研究运用膨胀土处治新技术进行路基工程设计。通过系统土性、填料性质试验,论证了物理处治技术修建膨胀土路堤的可行性;采取FLAC和极限平衡分析,获得实施柔性支护前后典型膨胀土堑坡的稳定性。基于试验、理论分析并借鉴交通部西部膨胀土项目的成功经验,提出两种封闭包盖措施填筑南宁膨胀土下路堤、不同边界条件下的路堑边坡柔性支护设计方案。对比分析表明,采用新技术效益明显,能实现南宁外环高速路安全、经济、节能环保的修建目标     

膨胀土干湿循环效应及其对边坡稳定性的影响

膨胀土的干湿循环性状在膨胀土边坡的稳定性分析中占有重要地位。结合膨胀土边坡的现场含水率观测数据和南宁地区大气影响深度的计算结果,确定了室内试验的干湿循环幅度并进行了膨胀土强度干湿循环室内试验,对干湿循环引起膨胀土强度指标衰减的变化规律进行了初步探讨; 在此基础上,结合干湿循环效应对膨胀土边坡进行了稳定性分析。研究结果表明:(1)膨胀土的黏聚力随干湿循环次数递增而减小,第1~2次循环时黏聚力衰减程度最强,但经历2~3次循环后,黏聚力衰减程度减弱,最终趋向稳定; 干湿循环次数引起内摩擦角的波动变化极小,基本保持一恒定值。(2)干湿循环的强度稳定值与稳定时所需循环次数均随含水率变化幅度的增加而减小。(3)由于干湿循环效应,膨胀土的粒间联结产生了不可逆的损伤,致使土体微结构劣化、抗剪强度降低。(4)随着干湿循环次数的增加,边坡稳定性降低,安全系数递减; 结合当地大气影响深度对膨胀土边坡进行干湿循环分层的稳定性分析方法更符合工程实际,可为相关边坡设计和防护的计算参数选取提供参考。