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本文以广西南宁膨胀土为研究对象,采用室内试验与现场试验相结合的研究方法对膨胀土裂隙出现的原因、扩展过程和对渗透的影响进行研究,在此基础上结合数值模拟对降雨后裂隙性膨胀土边坡的入渗问题和稳定性问题进行分析,主要研究内容与成果如下:
(1)通过膨胀土不同脱湿速率下的不均匀收缩试验、不均匀收缩后有荷膨胀率试验和直接剪切试验,发现脱湿速率越小,膨胀土的收缩与膨胀变形越大、剪切强度越高;对比不同收缩方式,均匀收缩下膨胀土的收缩与膨胀变形和剪切强度均大于不均匀收缩下的收缩与膨胀变形和剪切强度。对于膨胀土收缩而言,缓慢均匀的脱湿过程,会导致膨胀土胀缩性增长,抗剪强度提高。
(2)进行了不同脱湿速率下的室内膨胀土裂隙扩展试验。提出描述裂隙的方法,并结合自编程序对裂隙信息进行提取并加以分析。结果表明,脱湿速率越慢,裂隙率越高,裂隙总长度越长、裂隙平均宽度越小;裂隙率随含水率线性变化,裂隙总长度和裂隙平均宽度在不同的含水率区间扩展速率不同;根据裂隙总长度和平均宽度扩展速率,将裂隙的扩展过程划分为裂隙出现阶段、长度扩展阶段和宽度扩展阶段。
(3)开展了不同裂隙率下膨胀土室内与原位渗透试验。结果表明,在室内试验中,裂隙率越大,透水性越强,出流时间越短。在原位试验中,裂隙对渗透的影响始终存在;裂隙率越高,初始渗透系数越高,二者的相关性良好;渗透系数在初始阶段随时间变化较大并逐渐收敛至一恒定值,定义渗透系数稳定时为裂隙的闭合时间;裂隙闭合时间与表面裂隙率相关性良好。
(4)结合原位试验结果,提出考虑时效性的裂隙等效方法,应用于数值模拟分析降雨对裂隙性膨胀土边坡入渗与稳定性的影响。结果表明,裂隙率越高,降雨结束后雨水入渗深度越深,边坡的稳定性越差;在相同的降雨量下,降雨历时越长,降雨结束后雨水入渗深度越深,边坡的稳定性越差。