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大气作用下膨胀土边坡的响应试验与灾变机理研究

作　者: 陈建斌
导　师: 孔令伟
学　校: 中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所）
专　业: 岩土工程
关键词: 膨胀土边坡灾变机理响应试验大气-非饱和土相互作用植被覆盖边坡边坡变形预测模型蒸发模型干湿循环
分类号: TU443
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

本文以广西南宁膨胀土为研究对象,以大气作用下膨胀土边坡的响应分析和灾变机理为研究目的,通过室内膨胀土试验、现场膨胀土边坡响应试验、大气-非饱和土相互作用数值分析,较为全面地演示了在大气作用下膨胀土边坡响应的演化规律,并分析了膨胀土边坡灾变发生的机理,主要研究成果如下:1.采取了以室内土水特征曲线为标准、控制吸力的预先脱湿的备样方法,探讨了干湿循环对膨胀土强度参数和变形模量的影响规律,认为膨胀土在反复干湿条件下其强度和变形模量具有衰减性,并建立了反映干湿循环效应的抗剪强度公式和变形模量公式;通过对比不同尺寸三轴试样所得强度参数,认为裂隙性膨胀土具有明显的尺寸效应;在等体积应力作用下非饱和膨胀土土体变形和含水量随吸力呈线性变化规律;2.在具有典型膨胀土广泛分布的广西南宁地区建立了缓坡、陡坡与坡面种草3种类型膨胀土边坡的原位监测系统,采用6参数小型气象站、土壤含水量TDR系统、重力烘干法、温度传感器、测斜管、沉降板和双环渗透仪,跟踪测试了边坡变形、含水量、温度等随气候变化的演化规律;认为降雨是引起膨胀土边坡灾变的最直接的外在气候因素,而蒸发效应是灾变发生的一个重要前提条件,由于蒸发所产生的土体裂隙是灾变发生的内在原因;采用现场测试数据建立了径流量经验公式和大气作用下膨胀土边坡变形的经验性预测模型;3.基于考虑热湿耦合的非等温流方程,结合不同的蒸发计算模型,建立了大气-非饱和土相互作用模型,通过分析大气蒸发效应对非饱和土吸力的影响程度,认为该模型比传统采用非饱和土等温流和潜在蒸发量的方法更具有合理性;在大气-非饱和土相互作用模型中加入了植物的根部水分提取和蒸腾作用,以及考虑了由于水分变化所引起的土体变形行为;并对控制蒸发量、土体吸力和变形计算的多个参数(气象因子、土性参数和植物生理参数)进行了敏感性分析,认为气象参数中净辐射量和风速的影响最明显,而水力和热力等土性参数影响有限,叶面积指数LAI和根深是控制有植被覆盖土体的水量和变形的关键生理参数;4.在室内膨胀土试验和膨胀土边坡现场试验基础之上,结合试验现场所埋设的测斜管,测求了测斜管的基本物理力学参数,通过有限元和极限平衡法计算

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第一章绪论  11-24
  1.1 非饱和膨胀土的研究现状  11-21
  1.2 研究意义  21-22
  1.3 本文主要工作  22-24
第二章膨胀土物理力学特性试验研究  24-48
  2.1 膨胀土基本物理力学指标  24-26
  2.2 非饱和膨胀土土水特征曲线试验及其渗透系数预测  26-32
  2.3 考虑干湿循环效应的非饱和膨胀土直剪和一维压缩试验  32-40
  2.4 非饱和膨胀土三轴试验  40-45
  2.5 非饱和膨胀土等体积应力收缩试验  45-47
  2.6 小结  47-48
第三章大气作用下膨胀土边坡响应试验研究  48-87
  3.1 现场试验研究的目的和意义  48
  3.2 试验场地的自然环境  48-49
  3.3 区域和试验场地工程地质条件概述  49-53
  3.4 试验场地测试仪器的安装和观测  53-61
  3.5 试验数据的分析和处理  61-85
  3.6 小结  85-87
第四章大气－非饱和土相互作用模型及其敏感性分析  87-103
  4.1 引言  87
  4.2 理论模型  87-95
  4.3 不同蒸发模型条件下非饱和土吸力变化分析  95-96
  4.4 大气—非饱和土耦合作用模型多参数敏感性分析  96-102
  4.5 小结  102-103
第五章大气作用下膨胀土边坡的响应数值模拟  103-132
  5.1 引言  103-104
  5.2 测斜管对边坡稳定性的影响  104-112
  5.3 大气作用下膨胀土边坡的响应数值模拟  112-130
  5.4 小结  130-132
第六章结论与展望  132-136
  6.1 结论  132-135
  6.2 展望  135-136
参考文献  136-144
在学期间参与的科研项目与发表论文  144-146
致谢  146-147

大气作用下膨胀土边坡的响应试验与灾变机理研究

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