膨胀土裂隙特性及其对强度影响的研究

论文摘要

膨胀土是一种失水收缩、吸水膨胀的特殊土。气候的干、湿循环常导致膨胀土裂隙发育,进而引起边坡滑动失稳,是膨胀土地区渠道修筑的主要技术难题。研究膨胀土边坡在自然气候影响下的胀缩开裂特性具有非常实际的意义。为此,本文以南水北调中线工程建设为背景,开展了膨胀土干湿循环条件下的开裂特性研究。(1)基于图像灰度化及二值化的数值处理技术以及在膨胀岩土裂隙率概念的基础上,提出了膨胀岩土裂隙的定量描述方法。在南水北调中线新乡潞王坟试验段进行了膨胀岩土裂隙观测试验,定量分析了膨胀岩土边坡在干湿循环中的裂隙的变化规律及其与含水率的相关关系,分析表明:膨胀岩土裂隙的发育与天气变化密切相关,随着干湿循环的发展,裂隙的密度和裂隙率逐渐增加,利用Mat lab数字图像处理方法得到的裂隙率可以较好地描述裂隙的发育程度。(2)通过开展室内原状膨胀土的干湿循环试验,以及CT扫描试验,研究膨胀土的裂隙开展发育特性,以及膨胀土强度随裂隙开展的变化规律。结果表明:在干湿循环条件下,膨胀土原状样粘聚力一次干湿循环次数后显著减小,随后的干湿循环变化不明显,呈现波动的现象;膨胀土剪切强度与试样裂隙率成线性递减关系。(3)通过开展室内重塑膨胀土的干湿循环试验,以及不同应力水平的直剪试验,利用矢量图像处理方法得到直剪试样裂隙的裂隙率,在此基础上研究重塑膨胀土的裂隙开展发育特性,以及膨胀土强度随裂隙开展的变化规律。结果表明:重塑膨胀土裂隙率随干湿循环增加而增加,二者呈线性增长的关系;重塑膨胀土的强度指标随裂隙率的增加而降低,二者呈线性递减关系;重塑膨胀土的强度指标的变化受应力水平的影响,随着干湿循环的次数增加,低应力条件下,重塑膨胀土内摩擦角变化显著,而粘聚力值较小,变化也较小;高应力条件下,重塑膨胀土粘聚力变化显著,而内摩擦角变化较小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 膨胀土裂隙的研究现状
• 1.2.1 膨胀土裂隙的定量化描述
• 1.2.2 裂隙的开展
• 1.2.3 裂隙的观测
• 1.2.4 裂隙的结构及力学特征
• 1.2.5 裂隙对边坡稳定的影响
• 1.2.6 有待研究的问题
• 1.3 本文的主要研究工作及技术路线
• 1.3.1 主要研究工作
• 1.3.2 技术路线
• 1.4 本章小结
• 第二章 膨胀土干-湿循环试验及裂隙观测
• 2.1 现场边坡干-湿循环试验
• 2.1.1 试验方案及方法
• 2.1.2 干-湿循环工况
• 2.1.3 裂隙宽度观测结果
• 2.1.4 裂隙图像观测结果
• 2.2 原状土样干-湿循环及CT 试验
• 2.2.1 CT 基本原理
• 2.2.2 试验仪器
• 2.2.3 试验土样及制备方法
• 2.2.4 试验方案及方法
• 2.2.5 CT 扫描图像
• 2.3 重塑土样干-湿循环试验
• 2.3.1 试验土样及制备方法
• 2.3.2 试验方案及方法
• 2.3.3 裂隙图像观测结果
• 2.4 本章小结
• 第三章 膨胀土干-湿循环试验中裂隙变化的定量描述
• 3.1 CT 图片的数值化
• 3.1.1 CT 扫描三维重建
• 3.1.2 多平面重构
• 3.1.3 三轴样CT 图像重构
• 3.2 裂隙发育程度的表征
• 3.2.1 裂隙率的定义
• 3.2.2 现场膨胀土表面裂隙率的定量描述
• 3.2.3 原状膨胀土CT 照片裂隙率的定量描述
• 3.2.4 重塑膨胀土平面裂隙裂隙率的定量描述
• 3.3 本章小结
• 第四章 带裂隙膨胀土干湿循环三轴试验研究
• 4.1 试验目的
• 4.2 试验方法及内容
• 4.2.1 试验仪器
• 4.2.2 试验内容及方法
• 4.3 强度与干湿循环关系
• 4.4 强度和裂隙率的关系
• 4.5 强度变化规律分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 重塑膨胀土干湿循环直剪试验研究
• 5.1 试验目的
• 5.2 试验方法及内容
• 5.2.1 试验土样及试验内容
• 5.2.2 试样的剪切
• 5.3 强度与干湿循环关系
• 5.4 强度和裂隙率的关系
• 5.5 强度变化规律分析
• 5.6 本章小结
• 结论与展望
• 1、本文完成的工作
• 2、研究结论
• 3、展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢