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膨胀土工程性质及边坡稳定性研究

作　者: 骆大春
导　师: 程昌华；刘明维
学　校: 重庆交通大学
专　业: 水工结构工程
关键词: 膨胀土填方边坡挖方边坡有限元强度折减法极限填高错台技术稳定性分析
分类号: TU443
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

本文以南宁(坛洛)至百色高速公路膨胀土地基边坡工程实践为依托,开展了膨胀土工程特性及边坡稳定性研究。在前人研究成果的基础上,进一步探索膨胀土工程性质,研究膨胀土边坡破坏机理,提出适用于膨胀土地基边坡稳定性分析方法及普遍适用于膨胀土地区的填方边坡填筑技术。研究的主要内容及取得的成果如下:(1)讨论了膨胀土的胀缩特性。分析了膨胀土胀缩特性较为重要的两个方面一膨胀力与膨胀变形的变化规律。(2)膨胀土抗剪强度特性研究。采用直剪试验对膨胀土强度变化规律进行研究。结果表明膨胀土抗剪强度遇水下降显著,且粘聚力与内摩擦角的对数与含水率之间具有良好的线性关系,并给出了依托工程膨胀土总强度与含水量的关系。(3)通过算例证实了有限元强度折减法用于复杂边坡稳定性分析是可行的。(4)膨胀土边坡失稳破坏机理分析。采用有限元强度折减法分别对南宁(坛洛)至百色高速公路某段膨胀土地基填方和挖方边坡稳定性进行详细分析。计算结果表明,对于膨胀土地基上的填方边坡,当膨胀土地基浸水后,强度极度弱化,造成填方置于软弱夹层上,如果地基具有一定横向坡度或纵向坡度,将可能造成边坡的变形甚至失稳。对于挖方边坡,除了边坡土体浸水引起强度减小外,影响边坡稳定的另一个重要因素是因含水量变化而引起的膨胀力,对于此类边坡,膨胀力对边坡稳定性的影响十分显著。(5)膨胀土地基填方边坡填筑技术研究。采用有限元强度折减法,首次针对某一膨胀土地基横坡角度α开展边坡极限填高计算。计算结果表明,边坡极限填高与地基横坡角度α和sin(α)间存在良好的线性关系。另外还针对地面横坡较大的膨胀土地基上填方高度较大时采用错台处治技术进行了分析。结果表明,采用开挖宽台阶的方法,一方面可以降低填土部分原状地基土的坡度,同时可以有效阻止水对膨胀土地基的软化,有利于保证整个边坡的稳定,是斜坡膨胀土地基上边坡填筑的有效处治方式。本研究提出的极限填高计算方法和错台技术,可为《公路路基设计规范》(JTGD30-2004)的修订和完善提供参考。(6)将开挖宽台阶和底部加铺土工格栅的处治技术应用于南宁(坛洛)至百色高速公路边坡工程,经稳定性分析表明,采用开挖宽台阶和底部加铺土工格栅的处治方式是可行的,适宜在同类工程中推广使用。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-13
第一章绪论  13-25
  1.1 论文研究的意义及目的  13-14
  1.2 国内外研究现状  14-23
    1.2.1 膨胀土胀缩机理  14-15
    1.2.2 膨胀土胀缩特性  15-16
    1.2.3 膨胀土强度特性  16-19
    1.2.4 膨胀土应力应变关系  19
    1.2.5 膨胀土边坡  19-23
  1.3 论文主要思路及研究内容  23-25
    1.3.1 主要思路及技术路线  23-24
    1.3.2 主要研究内容  24-25
第二章膨胀土胀缩变形特性研究  25-37
  2.1 引言  25
  2.2 胀缩变形机理的微观认识  25-28
    2.2.1 粘土矿物  25-26
    2.2.2 土中水  26-27
    2.2.3 胀缩变形机理解释  27-28
  2.3 膨胀力  28-31
    2.3.1 膨胀力概念  28
    2.3.2 膨胀力测试方法  28-29
    2.3.3 膨胀力变化规律研究  29-31
  2.4 膨胀土的浸水变形特性  31-34
    2.4.1 膨胀性指标  31
    2.4.2 起始含水率对膨胀变形的影响  31-32
    2.4.3 起始干密度对膨胀变形的影响  32-33
    2.4.4 上覆压力对膨胀变形的影响  33-34
    2.4.5 膨胀变形规律认识  34
  2.5 膨胀土浸水变形时程特性  34-36
  2.6 小结  36-37
第三章膨胀土抗剪强度特性研究  37-50
  3.1 引言  37
  3.2 广西南--百高速公路膨胀土抗剪强度试验研究  37-41
    3.2.1 试验取样及试验方法  37-38
    3.2.2 试验结果与分析  38-41
  3.3 广西南--百高速公路膨胀土抗剪强度与含水量的关系研究  41-45
    3.3.1 试验概述  42-43
    3.3.2 试验结果分析  43-45
  3.4 参数取值方法  45-49
    3.4.1 统计方法确定  46
    3.4.2 经验方法确定  46-47
    3.4.3 反分析方法确定  47
    3.4.4 设计参数的确定  47-49
  3.5 小结  49-50
第四章膨胀土边坡稳定性分析方法研究  50-64
  4.1 引言  50
  4.2 边坡稳定性分析的有限元强度折减法  50-59
    4.2.1 有限元强度折减法的基本原理  50-52
    4.2.2 ANSYS 程序中力和位移的收敛准则  52-53
    4.2.3 有限元计算中屈服准则的影响和选用  53-56
    4.2.4 ANSYS 程序计算中外接圆D-P 准则与平面应变摩尔-库仑匹配D-P 准则之间的安全系数转换公式  56-57
    4.2.5 弹塑性增量应力-应变关系计算的一般过程  57-59
    4.2.6 有限元中滑面形成及边坡失稳的判据  59
  4.3 边坡有限元稳定性分析算例验证  59-63
    4.3.1 一般边坡稳定性分析  59-61
    4.3.2 具有软弱土层边坡稳定性分析  61-63
  4.4 小结  63-64
第五章膨胀土边坡失稳破坏机理分析  64-78
  5.1 引言  64
  5.2 膨胀土地基填方边坡失稳破坏分析  64-72
    5.2.1 膨胀力对膨胀土地基填方边坡稳定性的影响  64-67
    5.2.2 K170+300～600 段填方边坡失稳破坏分析  67-72
  5.3 膨胀土挖方边坡失稳破坏分析  72-76
    5.3.1 膨胀土遇水强度下降对挖方边坡稳定性的影响  72-74
    5.3.2 膨胀力对膨胀土挖方边坡的影响  74-76
  5.4 小结  76-78
第六章膨胀土地基填方边坡填筑技术研究  78-96
  6.1 引言  78
  6.2 斜坡地基上边坡填筑的主要问题  78
  6.3 膨胀土斜坡地基上边坡极限填高的计算研究  78-88
    6.3.1 计算模型及参数  79
    6.3.2 安全系数的确定及计算方法  79-80
    6.3.3 计算结果及分析  80-82
    6.3.4 我国部分地区膨胀土斜坡地基上边坡极限填高的计算  82-88
  6.4 膨胀土斜坡地基上的边坡填筑错台处治技术研究  88-92
    6.4.1 未采用错台填筑技术的边坡稳定性分析  88-90
    6.4.2 采用窄台阶的边坡稳定性分析  90-91
    6.4.3 采用宽台阶的边坡稳定性分析  91-92
  6.5 膨胀土地基填方边坡填筑技术在工程中的应用研究  92-95
    6.5.1 引言  92-93
    6.5.2 基本概况  93
    6.5.3 处治方案  93-95
  6.6 小结  95-96
第七章结论与建议  96-98
致谢  98-99
参考文献  99-103
在学期间发表的论著及取得的科研成果  103

膨胀土工程性质及边坡稳定性研究

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