干湿循环作用下粉质粘土力学特性劣化规律及其在边坡稳定性分析中的应用

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近些年来,在我国基础建设的高速发展中涌现出了越来越多的边坡工程,尤其是土质边坡。而边坡的稳定性直接关系到工程建设的安全和人民的生命财产安全。影响土质边坡稳定性的因素众多,其中干湿循环作用是一个重要因素,甚至是导致许多土质边坡失稳破坏的直接原因。本文结合高等学校博士学科点专项科研基金(20110191120033),通过试验分析、理论研究和数值模拟等方法对干湿循环作用下粉质粘土力学特性的劣化规律、土质边坡的失稳机制和土质边坡稳定性分析方法进行了较为系统和深入的研究。主要研究内容和成果如下:  ①通过粉质粘土的干湿循环试验和三轴剪切试验获得了粉质粘土的偏应力q随轴应变e1的变化规律、有效主应力比13s¢ s¢随轴应变e1的变化规律、体应变ev随剪应变es的变化规律,进而得到强度参数和变形参数随循环次数的劣化规律等。  ②根据粉质粘土的试验结果,并结合土体强度参数作用的微观机理,分析了粉质粘土力学特性的劣化机理。并对干湿循环作用下土质边坡稳定性影响因素、失稳模式和失稳机制进行了研究。  ③利用干湿循环作用下土质边坡的失稳机制,并结合现有的边坡稳定性分析理论,提出适合该工况下土质边坡安全系数的计算方法,包括安全系数的定义方法、强度参数c、j的折减办法和变形参数E、u的调整办法。  ④对有限元强度折减法中屈服准则的选用进行了讨论,分析了DP4准则下安全系数与其他准则下安全系数的转换关系,同时总结了屈服准则的选用原则。  ⑤分析了有限元强度折减法中数值计算收敛性判据、塑性区贯通判据和特征点位移突变判据的优缺点及适用条件,得到了以特征点位移增量与折减系数增量比值(/sDS DF)突变的改进失稳判据,并提出了确定边坡安全系数时应联合多种失稳判据的原则。  ⑥利用本文获得的粉质粘土力学特性劣化规律和边坡安全系数计算方法,对干湿交替环境下某土质边坡的安全系数进行了计算分析,并且研究了干湿交替环境对土质边坡稳定性的影响。
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