膨脹巖邊坡穩(wěn)定性數(shù)值分析的若干問題研究.pdf

1、膨脹巖是一種遇水膨脹、軟化，失水收縮、崩解的特殊軟巖，它具有十分特殊的工程特性，易造成邊坡失穩(wěn)，對工程造價(jià)以及安全運(yùn)營的影響很大。膨脹巖在我國廣泛分布，對膨脹巖邊坡穩(wěn)定性的研究具有重大的意義。
　　 南水北調(diào)中線工程是本世紀(jì)的一項(xiàng)特大跨流域的調(diào)水工程，總干渠長1427.17km，其中穿越膨脹性巖土的地段累計(jì)長度約340km，如何對膨脹巖渠坡的穩(wěn)定性進(jìn)行正確分析是南水北調(diào)中線工程的關(guān)鍵問題之一。本文依托于長江科學(xué)院承擔(dān)的“南水北調(diào)

2、中線總干渠膨脹巖渠坡處理現(xiàn)場試驗(yàn)”項(xiàng)目的子題“膨脹巖渠坡穩(wěn)定性分析”進(jìn)行研究，也是國家“十一五”科技支撐計(jì)劃重大項(xiàng)目“膨脹土邊坡破壞機(jī)理與處理措施”的研究內(nèi)容。
　　 本文主要針對膨脹巖邊坡穩(wěn)定性數(shù)值分析的若干問題進(jìn)行研究，研究內(nèi)容主要包括：
　　 1、對膨脹巖原狀樣和重塑樣的強(qiáng)度特性和脹縮特性進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)，結(jié)果表明膨脹巖的總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)與含水量狀態(tài)有關(guān)，其脹縮特性與初始含水量和干密度密切相關(guān)。進(jìn)行了分級加載下的有荷膨

3、脹試驗(yàn)，得出了膨脹巖的變形模量與應(yīng)力狀態(tài)的關(guān)系，結(jié)果表明在壓縮狀態(tài)下模量較高，而在膨脹過程中隨膨脹變形的加大其變形模量降低。
　　 2、分析了新鄉(xiāng)膨脹巖和南陽膨脹土物理力學(xué)特性的異同，天然狀態(tài)下新鄉(xiāng)膨脹巖的干密度、壓縮模量和抗剪強(qiáng)度較高，而新鄉(xiāng)膨脹巖的塑性指數(shù)、膠粒含量、無荷膨脹率和自由膨脹率較低。同時，受應(yīng)力狀態(tài)和含水量狀態(tài)變化的影響，新鄉(xiāng)膨脹巖較南陽膨脹土更容易崩解。
　　 3、研究了膨脹巖的本構(gòu)模型與參數(shù)取值問題，

4、推導(dǎo)了變形模量與應(yīng)力狀態(tài)的關(guān)系。
　　 4、探討了強(qiáng)度折減法分析邊坡穩(wěn)定性的基本原理，研究了不同失穩(wěn)判據(jù)對邊坡的安全系數(shù)與關(guān)鍵滑面位置的影響，分析了膨脹巖的相關(guān)參數(shù)對邊坡應(yīng)力變形與穩(wěn)定性的影響，并探討了有限元網(wǎng)格劃分和單元類型對計(jì)算結(jié)果的影響，同時將強(qiáng)度折減法與剛體極限平衡法計(jì)算獲得的安全系數(shù)與關(guān)鍵滑面位置進(jìn)行了對比。
　　 5、運(yùn)用ABAQUS 的單元“死活”技術(shù)，模擬不同初始應(yīng)力場下邊坡的開挖過程，探討了受膨脹巖超固

5、結(jié)特性影響的初始應(yīng)力場對開挖邊坡的應(yīng)力、變形與穩(wěn)定性的影響。
　　 6、研究了不同坡比和不同坡面平臺設(shè)置對開挖邊坡的應(yīng)力變形分布的影響，采用強(qiáng)度折減法分析了邊坡的穩(wěn)定性，探討了膨脹巖開挖邊坡的幾何要素對穩(wěn)定性的影響，并分析了開挖卸載影響下膨脹巖邊坡的破壞特點(diǎn)。
　　 7、考慮膨脹巖的吸濕膨脹特性，研究了采用溫度應(yīng)力場模擬濕度應(yīng)力場的數(shù)值計(jì)算方法，采用ABAQUS 的溫度應(yīng)力模塊對膨脹巖邊坡的吸濕膨脹過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。研