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1、干湿循环下非饱和压实粘土边坡响应的模型试验研究硕士学位论文答辩报 告 人：吕 海 双指导老师：陈 锐答辩日 期：2011.06.22内容概要 1 绪论2 试验方案3 试验结果分析4 结论与展望 1 绪论 1.1 课题背景1.大气作用下的干湿循环是一种自然现象，人工边坡处于它的作用之下，这些新建粘土边坡在干湿循环下的响应对于评估其稳定性十分重要。当前极端天气条件频发，干湿循环的幅度和频率增大，非饱和压实粘土边坡的稳定性问题显得尤为重要。2.现有非饱和土边坡稳定分析理论通常只考虑吸力强度的贡献，忽略干湿循环对非饱和粘土土边坡稳定性的影响。3.岩土界对降雨作用下非饱和土边坡稳定问题开展了大量室内模型

2、试验和现场试验研究，但对干湿循环作用下边坡的稳定问题的室内模型试验研究较少。4.对干湿循环下土的性质已有广泛研究，但其成果尚未应用于到边稳定性计算理论和计算方法中，主要是需要对干湿循环下边坡的响应没有充分研究，因而缺乏试验数据支持。1 绪论 1.2 研究目的及意义研究目的干湿循环下非饱和土压实粘土边坡的响应意义揭示边坡干湿循环因素对边坡响应的影响规律为将来在边坡稳定计算中考虑干湿循环效应提供试验数据支持提出问题干湿循环下非饱和压实粘土边坡的响应实际工程意义边坡稳定性理论及方法 1 绪论 1.3 研究现状干湿循环作用下土的微观结构发生改变，定向性减弱；多次循环后达到稳定状态。（A.S.AI-Ho

3、moud,A.A.Basma et al,1995)同一吸力作用下，经历湿润过程的土样抗剪强度比经历湿润再干燥过程的低。（K.K.Han,H.Rahardjo&B.B.Broms,1995)大气作用下边坡变形主要集中在边坡表层（孔令伟，陈建斌等，2007）干湿循环下边坡发生渐进破坏，每个循环中都发生不可恢复的变形（W.A.Take,M.D.Bolton，2004）1 绪论 1.4 以上研究成果的不足单元试验仅研究土的性质不能反映边坡的干湿循环响应现场试验真实反映边坡的响应无法实现试验因素的精确控制离心机试验模拟长期效应边坡土的结构与实际不同，也未研究干湿循环的因素干湿循环下非饱和压实粘土边坡模

4、型试验以边坡为研究对像分别控制各影响因素采用分层压实法制作边坡 1 绪论 1.5 研究内容 2 试验方案 2.1 边坡模型边坡材料 高岭土与小于2mmISO标准砂按7：3重量比配制；液限：49.8%，塑限：27.3%边坡制作 密度：1.701g/mm3，含水率：21%；图2-2 边坡外形尺寸图2-1 边坡粘土击实曲线 2 试验方案 2.2 测量控制体积含水率监测：TDR-3 土壤水分传感器；吸 力 监 测：FTC-100 热传导吸力传感器；变 形 监 测：PIV 变形分析系统；28mm38mm防水层加热器和温度传感器陶土探头65mm19mm导线图2-3 TDR-3土壤水分传感器和FTC-100

5、热传导吸力传感器TDR3TDR1TDR2TDR4TDR5FTC1FTC2FTC3FTC4图2-4 传感器位置图 2 试验方案 2.3 试验计划实验干湿循环幅度控制次数加湿干燥A5小时15mm/h人工降雨48小时自由蒸发5B5小时15mm/h人工降雨168小时加速蒸发2表1 试验计划试验A 研究干湿循环的次数试验A与试验B对比 研究干湿循环幅度的幅度 2 试验方案 2.3 试验计划实验干湿循环幅度控制次数加湿干燥A5小时15mm/h人工降雨48小时自由蒸发5B5小时15mm/h人工降雨168小时加速蒸发2表2-1 试验计划试验A 研究干湿循环的次数试验A与试验B对比 研究干湿循环幅度的幅度 3

6、试验结果分析 3.1 干湿循环次数 Al-Homoud 指出，在干湿循环作用下土颗粒会发生重新排列，土微观结构的方向性减弱，土吸水的能力下降从而膨胀性减弱，并且第一次循环中的变化大，其后逐渐减少直至平衡状态。123452527293133353739414345TDR1TDR2TDR3TDR4TDR5图3-1 体积含水率峰值与循环次数关系图 3 试验结果分析 3.1 干湿循环次数 吸力变化趋势与体积含水率一致，与体积含水率变化的原因相同。123456050403020100FTC1FTC2FTC3FTC4图3-2 吸力峰值与循环次数关系图 3 试验结果分析 3.1 干湿循环次数 变形方面垂直于

7、边坡表面，变形量在不同部位大致相同，变形区域在边坡表层。图3-3 低幅度第一次干湿循环边坡变形增量图pixel 3 试验结果分析 3.1 干湿循环次数 变形方方向不再全部垂直于边坡表面，坡脚部位变形方向平行于边坡表面向下，变形区域在边坡表层。图3-4 低幅度第二次干湿循环边坡变形增量图pixel土体纹理受破坏区土体纹理未受破坏区 3 试验结果分析 3.1 干湿循环次数 大部分变形方向平行于边坡表面向下，只在坡顶出现竖向变形，变形区域在边坡表层。图3-5 低幅度第三次干湿循环边坡变形增量图pixel 3 试验结果分析 3.1 干湿循环次数 变形方向平行边坡表面向下，坡顶无变形发生，变形区域在边坡

8、表层。图3-6 低幅度第四次干湿循环边坡变形增量图pixel 3 试验结果分析 3.1 干湿循环次数变形模式与第四次循环相同，变形区域仍在边坡表层。图3-7 低幅度第五次干湿循环边坡变形增量图pixel 3 试验结果分析 3.1 干湿循环次数干湿循环次数边坡响应规律分析1.体积含水率和吸力随循环次数增加呈下降趋势，并最终趋于稳定2.变形响应规律（1）变形区域限于边坡的表层 土的体变与应力状态相关；（2）影响变形模式 随循环次数增加，变形模式由垂直于边坡表面的膨胀变形转变为沿平行于边坡表面向下方向的滑动变形；（3）与其他研究成果的对比 Take 在离心机试验中的边坡制备采用泥浆静压法，本试验采用

9、分层压实法，两者形成的结构不同；试验材料也不同，边坡的响应也不同。孔令伟在现场试验中分析了一次降雨下边坡变形；边坡已长期存在，与本试验的边坡不同。3 试验结果分析 3.2 干湿循环幅度1 体积含水率峰值相同；2 体积含水率最小值差异很大；3 初期变化大致相同，后期变化减缓，更长时间的干燥作用不会使体积含 水率最小值持续下降。图3-8 体积含水率随时间变化曲线 a)低幅度 b)高幅度a)低幅度b)高幅度 3 试验结果分析 3.2 干湿循环幅度传感器编号FTC1FTC2FTC3FTC4低幅度试验37.325.441.657.3高幅度试验229.0192.6290.6255.6干湿循环的幅度决定吸力

10、的最大值表3-1 吸力最大值比较表（单位 kPa)3 试验结果分析 3.2 干湿循环幅度图3-10 高幅度第一次干湿循环边坡变形增量图变形方向垂直于边坡的表面，变形量在边坡表面不同部位大致相同，变形模式与低幅度第一次循环下相同，但变形区域深度加深。pixel 3 试验结果分析 3.2 干湿循环幅度干湿循环幅度边坡响应规律分析1.高幅度干湿循环下体积含水率最小值减小而吸力最大值增加；2.变形响应规律（1）变形模式不变 高幅度和低幅度循环度边坡都发生垂直于边坡表面方的变形；（2）影响变形区域深度略有加深 水分有更长的时间向边坡的深层渗透；（3）变形量减小 水分散失加快；干燥过程中土发生体缩；4 结论与展望 4.1 结论1 随循环循环次数增加，体积含水率和吸力呈下降趋势，并最终达到平衡 状态；2 干湿循环的次数影响边坡变形的模式；3 干湿循环的幅度影响体积含水率所达到的最小值和吸力所达到的最大 值；4 干湿循环幅度对变形的模式无影响，但对变形区域的深度加深；4 结论与展望 4.2 下一步工作建议1 研究边坡自身特性对干湿循环效应的影响；2 对空气湿度进行控制，更准确地模拟干湿循环作用；3 将干湿循环试验的成果结合非饱和土干湿循环剪切特性的成果应用于边 坡稳定计算。谢谢老师！报告完毕