基于常规试验的非饱和黄土强度参数的研究及应用

摘要

黄土是一种典型的非饱和土,我国黄土面积分布广泛,尤其是在西北部地区。在黄土地区地质灾害的发生多数情况下都与水的作用有关。因此非饱和黄土的强度参数测试与选取对评价黄土边坡的稳定性,防灾减灾具有重要的意义。本文以Bishop、Fredlund及Lu Ning的非饱和强度理论为依据,陕西省延安市延炼滑坡非饱和黄土为研究对象,采用不同含水率的常规试验——直剪试验与三轴试验,测定了有效稳态强度参数,又用张力计测定了同一试样的水土特征曲线。再根据延炼滑坡恢复边坡,进行水分入渗数值模拟,及应力与稳定性分析,取得了以下成果:
　　(1)取延炼滑坡 Q2与 Q1层黄土,配制不同的含水率作为原状土样,进行了固结慢剪试验和三轴CU试验,得到了不同含水率下黄土的强度参数粘聚力c和内摩擦角φ,分析发现含水率对黄土的抗剪强度有影响,而且对粘聚力的影响较大,对内摩擦角的影响不大。有效稳态粘聚力随含水率增大而降低,当含水率低于塑限时,有效稳态粘聚力随含水率增加显著降低。当含水率大于塑限时,有效稳态粘聚力趋于一稳定值,不再减小。有效稳态摩擦角与含水率没有明显的相关性,基本上是一个稳定的值,不随含水率的变化而变化。
　　(2)根据基质吸力试验得到黄土的土—水特征曲线,可以看出含水率与基质吸力的关系。基质吸力与含水率呈指数关系,随着含水率的增大,基质吸力逐渐降低。
　　(3)结合非饱和黄土强度参数与土水特征曲线,可以计算出非饱和土强度理论中Bishop的单变量理论强度参数χ和Fredlund的双变量理论φb。又根据Lu Ning提出的吸应力概念,得出了吸应力和体积含水率的关系曲线,即吸应力特征函数。并对这三种非饱和强度理论进行对比分析。Lu Ning的非饱和强度直接用吸应力函数表达,该强度公式回避了测定基质吸力的问题,便于在工程实际中推广。
　　(4)针对延炼滑坡滑动前地形,通过 Geo-studio软件建立数值模型,模拟水分入渗时边坡土体内水位线及孔隙水压力随时间的变化。再利用非饱和土抗剪强度公式,并结合本文试验得出的非饱和黄土公式强度参数,计算蒸气冷凝入渗时边坡滑面上抗剪强度,以及边坡的稳定性。

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第一章 绪论

1.1 问题的提出及研究目的

1.2研究现状及存在问题

1.3 本文的主要研究内容及技术路线

第二章 陕西延炼滑坡的工程地质概况

2.1 地形地貌

2.2 地层岩性

2.3 地质构造

2.4 气象水文

2.5 滑坡特征

2.6 滑坡区土体的物理力学特性

第三章 基于直剪试验的非饱和黄土强度参数的确定

3.1 试样的基本参数

3.2 不同含水率抗剪强度指标测试方法

3.3不同含水率下黄土的抗剪强度试验结果

3.4 土-水特征曲线

3.5 Bishop和Fredlund非饱和黄土强度参数取值

3.6 吸应力与Lu Ning非饱和强度公式

第四章 基于常规三轴试验的非饱和黄土强度参数的确定

4.1 试样的基本参数

4.2 三轴CU试验方法

4.3 CU三轴试验结果分析

4.4 土-水特征曲线

4.5 Bishop和Fredlund非饱和抗剪强度参数

4.6吸应力曲线及Lu Ning非饱和强度公式

第五章 基于非饱和黄土强度的边坡稳定性分析

5.1模型建立

5.2模拟结果与分析

结论

参考文献

致谢