干湿循环下膨胀土与伞形锚锚固体系损伤劣化试验研究

作     者：韩云伟 

作者单位：中国矿业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：隋旺华

授予年度：2021年

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：膨胀土 伞形锚 干湿循环 边坡 边坡-伞形锚锚固体系 劣化 

摘      要：膨胀土由于具有胀缩性、裂隙性、超固结性等性质,常造成边坡失稳等地质灾害。在降雨频繁的地区,由于干湿循环作用强烈,灾害更为频繁,人民的生命财产等面临极大威胁。目前,在膨胀土边坡处理技术中,锚固技术由于其经济性得到了广泛应用。但锚固体系对干湿循环劣化的抵抗作用仍需进一步的研究。本文以某膨胀土边坡工程为地质背景,以伞形锚为试验用锚,采用模型试验和理论分析的方法,针对干湿循环的劣化作用,对干湿循环下伞形锚锚固力的损失机理、有锚与无锚膨胀土边坡劣化对比进行了研究。主要结论如下:(1)在干湿循环过程中,膨胀土与伞形锚锚固体系中伞形锚的锚固力在湿润阶段呈现先增大后减小的趋势,在干燥阶段同样呈现先增大后减小的趋势。将伞形锚的锚固力变化划分为4个阶段:吸水膨胀段、吸水软化段、脱水硬化段、脱水收缩段。在湿润过程一致的情况下,除初期锚固力调整阶段,后续干湿循环过程中,锚固力峰值与前次干湿循环干燥时长有关,干燥时长越长,峰值越低;而锚固力谷值与本次干湿循环干燥时长有关,干燥时长越长,锚固力谷值也越低。(2)在干湿循环过程中,伞形锚锚固的与无锚固的膨胀土边坡的温度、土压力、孔隙水压力、位移量等变化情况一致。土体温度变化具有滞后性,总体为上升趋势。土压力、孔隙水压力、坡表面竖向位移量在湿润过程升高,在干燥过程中降低。由于坡脚在降雨时雨水积聚,而且坡体内其它位置水分在重力作用下向坡脚处渗透,因此坡脚处土压力、孔隙水压力、竖向位移总体均呈现为上升趋势,而坡顶处则呈现为下降趋势。(3)在无伞形锚锚固的膨胀土边坡第1次干湿循环过程中,膨胀土边坡主要裂隙已基本全部生成。在后续干湿循环过程中,对已生成裂隙进行继承与发展。裂隙网络密度与膨胀土自由膨胀率相关,自由膨胀率越高,裂隙网络越密集,裂隙深度也越低,土体越破碎。在前2次干湿循环过程中,膨胀土边坡劣化最为强烈,此后,由于胀缩应力释放,劣化效果减弱。随着干湿循环的持续进行,在边坡主要裂隙切割的土块底部也开始出现平行于坡面的裂隙,并不断向中心延伸,使土块与下覆土体连接减弱。土块内部开始出现微小裂隙,进一步对土块进行切割破碎,使边坡进一步劣化。(4)伞形锚对承压板下土体抵抗干湿循环劣化有积极作用,锚固作用抑制了土体垂直于承压板方向的胀缩变形,但对周围表层土体无效,周围土体裂隙变化情况如同无锚边坡。对此,提出了伞形锚加固膨胀土边坡时的措施:适当加密伞形锚布置根数,控制裂隙规模;对边坡表面进行土工膜覆盖,降低边坡膨胀土湿胀干缩潜势,减少干湿循环对边坡的劣化影响。本论文有图78幅,表10个,参考文献119篇。