短时冻土区花岗岩残积土边坡失稳机制研究

论文摘要

福建省地处中国东南沿海,花岗岩分布广泛。境内短时冻土区(主要分布在南平市、三明市以及宁德市内),在花岗岩残积土边坡的运营过程中,经常在春融期间发生边坡失稳情况。基于此,本文基于南平武夷山地区的典型花岗岩残积土,采用传热学理论、渗流理论以及非饱和土力学等理论,通过室内试验对短时冻土区花岗岩残积土的工程特性进行研究,并采用数值模拟的方法,对武夷山地区典型边坡温度场和湿度场及边坡的失稳机制进行研究,主要结论如下：(1)南平武夷山地区的典型花岗岩残积土主要取了两类进行分析：Ⅰ号土为粒径级配不良的低液限砾质粘性土,其比重为2.425,最大干密度为1.79g/cm3,最优含水率为14.95%：Ⅱ号土为粒径级配不良的低液限砾质粘性土,其比重为2.316,最大干密度为1.84g/cm3,最优含水率为15.02%。(2)随着含水率的增大,土体的抗剪强度呈明显下降趋势,而对内摩擦角的影响比较小；抗剪强度随着压实度的升高均呈明显增大趋势；随着冻融循环次数的增多,土样的抗剪强度指标包括粘聚力和内摩擦角均呈下降趋势,但变化幅度越来越小,3次循环之后基本保持不变。(3)冻融作用下,地表浅层的含水量变化幅度最大,而10cm以下的含水量曲线平缓,总含水量和未冻水含量轻微下降或不变,武夷山地区冻结层厚度约为10cm。冻融状态下边坡土体温度和湿度随气温、初始含水率和导热系数变化较为明显,而随密实度和比热容变化较不明显。(4)短时冻土区在浅层冻土完全融化时,其物理参数包括重度,抗剪强度降低到一定值时,可能发生浅层失稳,且其稳定性随着冻融深度的增加呈显著下降趋势。随着边坡土体冻融循环次数的增加,稳定性不断降低,下降幅度越来越小,但由于武夷山地区边坡其冻融影响深度有限,故认为冻融循环对深层边坡的稳定性影响不大,但对浅层边坡的稳定性有较大的影响。(5)针对相关失稳机制,提出了改善土体温湿度环境、边坡条件和设置防护结构物的三类技术措施。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 花岗岩残积土的研究现状
• 1.2.2 土的冻融循环特性研究现状
• 1.2.3 冻融过程对湿度场及温度影响的研究现状
• 1.2.4 短时冻土区边坡冻融失稳研究现状
• 1.3 研究目标与内容
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 第二章 短时冻土区花岗岩残积土的工程特性研究
• 2.1 花岗岩残积土的物理特性
• 2.1.1 颗粒分析试验
• 2.1.2 比重试验
• 2.1.3 界限含水率试验
• 2.1.4 击实试验
• 2.2 花岗岩残积土的强度特性
• 2.2.1 试验方法
• 2.2.2 试验结果分析
• 2.3 冻融循环条件下花岗岩残积土的强度特性
• 2.3.1 试验方法
• 2.3.2 试验结果分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 冻结下花岗岩残积土边坡温湿度场数值模拟
• 3.1 耦合方程与参数
• 3.2 求解方法
• 3.3 程序验证
• 3.3.1 温度场验证
• 3.3.2 湿度场验证
• 3.3.3 程序退化后的验证
• 3.4 本章小结
• 第四章 短时冻结条件下花岗岩残积土温湿度场分析
• 4.1 短时冻土区的温度场和湿度场性状分析
• 4.1.1 计算参数与条件
• 4.1.2 计算结果分析
• 4.2 短时冻土区温湿度场因素影响特性分析
• 4.2.1 内部因素
• 4.2.2 外部因素
• 4.3 不同冻结条件下花岗岩残积土温湿度场特性
• 4.3.1 不同冻结地区的气候特征
• 4.3.2 多年冻土区花岗岩残积土温湿度场特性
• 4.3.3 季节冻土区花岗岩残积土温湿度场特性
• 4.3.4 无冻土区花岗岩残积土温湿度场特性
• 4.3.5 对比结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 短时冻土区边坡失稳机制研究
• 5.1 短时冻土区边坡稳定性的基本理论和计算模型
• 5.1.1 基本理论
• 5.1.2 计算模型
• 5.2 短时冻土区边坡稳定性影响因素及失稳类型讨论
• 5.3 短时冻土区边坡多次冻融循环下的稳定性分析
• 5.4 短时冻土区边坡的浅层稳定性分析
• 5.5 失稳机制分析与工程技术措施建议
• 5.6 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 攻读硕士期间参与的科研项目