干湿循环条件下荆州黏性土力学性能研究及边坡稳定性分析

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黏性土是由黏粒和水相互作用而产生,通常肉眼观察较为细腻,而且一般没有砂粒,干燥时很坚硬,湿润时塑性和黏性大,当其含水量大时,特别粘手且感觉不到有颗粒存在。我国南方多雨地区广泛分布着黏性土,这类土在经历因强降雨带来的干湿循环作用后,其力学性质发生较大改变,这将会导致土质工程事故的发生。近几年来,随着我国建筑事业的迅猛发展,土质边坡的垮塌、滑坡泥石流和路基塌陷等事故时有发生。因此,对干湿循环作用下土的力学性质及其强度演化规律研究有着重要的意义。本文以荆州地区黏性土为研究对象,研究在干湿循环条件下荆州地区黏性土的抗剪强度指标和无侧限抗压强度变化规律,然后通过得到的抗剪强度指标应用到ABAQUS,得到了土质边坡的稳定性系数和最大位移,从而进行稳定性和变形分析。本文的主要研究内容如下:(1)利用人工气候模拟箱的气候模拟系统设置环境参数模拟干湿循环条件,开展了干湿循环条件下不同初始干密度的直接剪切试验,试验结果表明,第一次干湿作用对抗剪强度的影响最为显著,后续干湿作用对黏性土强度的影响大幅减弱。其原因是第一次循环使得土体内部结构发生破坏,从而产生裂缝,使强度锐减。随着干湿循环次数的继续增加,其内部结构逐渐趋于稳定状态,此时土体抗剪强度的减幅也会逐渐减小。凝聚强度的变化规律与抗剪强度一致,而内摩擦角虽有起伏变化,但是变化相对较为平缓,规律性不强。(2)通过人工气候模拟系统设置参数模拟干湿循环条件,研究了干湿循环条件下不同初始干密度的无侧限抗压强度变化规律,发现初始干密度增大,试样轴向峰值应力相应增大。随着干湿循环次数增加,试样的无侧限抗压强度会相应减小,其内部结构遭受不可逆的破坏,从而大幅降低强度。(3)在已有的土体硬化塑性(Plastic-Hardening)本构模型的基础上,提出了基于室内直剪试验得出的抗剪强度指标的改进P-H本构模型,并将此模型的理论计算结果与试验结果进行对比,分析结果表明,理论计算结果与实验结果具有相似的变化趋势,从而验证了此模型的合理性。(4)以Dawson研究的一个黏性土坡为研究对象,通过ABAQUS数值模拟和强度折减法对土体抗剪强度参数进行折减,分析了干湿循环次数和初始干密度变化对土质边坡的稳定性和变形的影响,数值模拟结果表明,土质边坡在受到第一次干湿循环的时候,稳定性下降最为显著,边坡最大位移也达到极大值。
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