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广东省湛江地区位于东经109°40′-110°58′,北纬20°13′-21°57′之间,临近南海,受热带季风影响,全年降雨量充沛,在此自然条件下形成了一种具有强结构性的灰色黏土,称其为湛江组结构性黏土。同时,由于该地区经常受到台风侵袭而带来的强降雨天气,常常会诱发滑坡、泥石流等地质灾害。强降雨会使土体内部胶结能力丧失,颗粒间的联结和排列方式会发生改变,从而导致土体的结构性破坏。降雨过程中湿润锋在土体内部前进速率与土体结构存在密切联系,因此开展在降雨条件下湛江组结构性黏土结构及渗流特性的研究,对湛江地区的工程实践有重大的意义。
基于前人的研究,以湛江组结构性黏土为研究对象,本文通过一系列室内试验和数值模拟分析,主要研究内容和成果如下:
(1)通过土工试验获得不同埋深处湛江组结构性黏土的物理力学性质指标。
(2)在不考虑渗流影响的前提下,引入结构破损系数这个结构性定量化参数指标,根据结构性黏土的压缩曲线得到了不同埋深处湛江组结构性黏土的结构破损系数,并发现随着埋深的增加,其结构破损系数减小的规律。
(3)通过张力计法测得不同埋深处原状湛江组结构性黏土的土-水特征曲线,分析得到了Fredlund-Xing模型参数,通过模型参数与结构破损系数的非线性拟合分析,建立了湛江组结构性黏土结构性与土-水特性的定量关系式,并通过试验数据验证其合理性。
(4)通过土柱入渗试验,观测了不同埋深处湛江组结构性黏土在试验过程中湿润锋运移情况、湿润锋移动距离及入渗率,通过设置两个监测点获取了监测点处体积含水率的变化情况,分别建立了湿润锋移动距离、入渗率与时间的关系式。
(5)通过湛江地区降雨资料并结合实际工程背景,借助有限元软件GeoStudio设置四种雨型的降雨工况,建立理想状态下的边坡模型,在有或无软弱夹层的存在的条件下,进行了流固耦合分析。考虑了软弱夹层及四种雨型对边坡稳定性的影响,并获得四种雨型及有无软弱夹层下边坡孔隙水压力、最大剪应力、最大剪应变、xy位移分布云图及边坡稳定性安全系数随时间变化规律。
基于前人的研究,以湛江组结构性黏土为研究对象,本文通过一系列室内试验和数值模拟分析,主要研究内容和成果如下:
(1)通过土工试验获得不同埋深处湛江组结构性黏土的物理力学性质指标。
(2)在不考虑渗流影响的前提下,引入结构破损系数这个结构性定量化参数指标,根据结构性黏土的压缩曲线得到了不同埋深处湛江组结构性黏土的结构破损系数,并发现随着埋深的增加,其结构破损系数减小的规律。
(3)通过张力计法测得不同埋深处原状湛江组结构性黏土的土-水特征曲线,分析得到了Fredlund-Xing模型参数,通过模型参数与结构破损系数的非线性拟合分析,建立了湛江组结构性黏土结构性与土-水特性的定量关系式,并通过试验数据验证其合理性。
(4)通过土柱入渗试验,观测了不同埋深处湛江组结构性黏土在试验过程中湿润锋运移情况、湿润锋移动距离及入渗率,通过设置两个监测点获取了监测点处体积含水率的变化情况,分别建立了湿润锋移动距离、入渗率与时间的关系式。
(5)通过湛江地区降雨资料并结合实际工程背景,借助有限元软件GeoStudio设置四种雨型的降雨工况,建立理想状态下的边坡模型,在有或无软弱夹层的存在的条件下,进行了流固耦合分析。考虑了软弱夹层及四种雨型对边坡稳定性的影响,并获得四种雨型及有无软弱夹层下边坡孔隙水压力、最大剪应力、最大剪应变、xy位移分布云图及边坡稳定性安全系数随时间变化规律。