考慮裂隙的膨脹土非飽和滲透特性研究及應(yīng)用.pdf

1、裂隙土廣泛分布于自然界及實際工程中。裂隙是引起諸如邊坡失穩(wěn)等巖土問題的關(guān)鍵因素。裂隙膨脹土滲透特性的研究對分析裂隙對諸多巖土問題的影響至關(guān)重要。雖然越來越多的學(xué)者開始關(guān)注裂隙對滲透特性的影響，但是土中裂隙十分復(fù)雜，由于相關(guān)理論和試驗儀器缺乏，目前針對裂隙非飽和滲透特性的研究報道較少。
　　本文以數(shù)值試驗為主，開展考慮裂隙的膨脹土非飽和滲透特性研究及應(yīng)用。為敘述方便，文中將裂隙膨脹土簡稱裂土，完整膨脹土簡稱土體，裂隙系統(tǒng)簡稱裂隙。主

2、要開展的工作包括：（1）由膨脹土室內(nèi)模擬失水開裂試驗，獲得膨脹土表面裂隙的分布，從而得到了裂隙與含水量之間的關(guān)系。（2）由膨脹土SWCC試驗和飽和滲透試驗結(jié)果，利用Geo-Studio軟件反演程序得到完整膨脹土的非飽和水力參數(shù)。（3）基于單裂隙非飽和水力模型，應(yīng)用理論方法和數(shù)值試驗方法推導(dǎo)了裂隙的非飽和水力參數(shù)。（4）為了克服現(xiàn)有方法在研究膨脹土非飽和滲透特性時無法反映裂隙對其的影響的不足，本文基于完整膨脹土滲透特性、膨脹土失水開裂裂隙

3、分布、單裂隙非飽和滲透特性和相關(guān)假設(shè)，利用數(shù)值試驗方法，開展考慮裂隙影響的膨脹土非飽和滲透特性及REV研究。通過逐步增大計算尺度，尋找使非飽和滲透參數(shù)都趨于穩(wěn)定時的最小尺度，這個最小尺度即裂隙膨脹土的 REV，穩(wěn)定值即為裂隙膨脹土的非飽和滲透特性參數(shù)。（5）基于Richards方程，使用建立的考慮裂隙影響的非飽和滲透特性參數(shù)，利用 Geo-Studio有限元軟件對膨脹土邊坡在降雨入滲作用下的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。主要有以下結(jié)論：
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4、1）由室內(nèi)試驗和理論公式預(yù)測得到完整膨脹土的土水特征曲線和飽和滲透系數(shù)可知：若不考慮裂隙的對膨脹土滲透特性的影響，膨脹土的滲透性極低，可以認(rèn)為幾乎是不透水的。另外，對 SWCC試驗完成后取出的試樣觀察發(fā)現(xiàn)，試驗表面無裂隙出現(xiàn)，僅僅出現(xiàn)體積收縮。這一現(xiàn)象說明，基于試驗和理論預(yù)測得到的非飽和水力參數(shù)反映只是膨脹土本身的性質(zhì)，沒有反映裂隙的存在對膨脹土的非飽和滲透特性的影響。
　?。?）考慮裂隙影響的膨脹土土水特征曲線及 REV數(shù)值試驗

5、研究結(jié)果表明：裂土的REV是存在的，其大小為6～8cm；裂隙的開展使膨脹土基質(zhì)吸力顯著降低，土體持水能力變差。隨著膨脹土的含水率降低，裂土的基質(zhì)吸力可降至土體的基質(zhì)吸力大小的1/30～1/50。例如，當(dāng)初始干密度為1.5g/cm3的試樣的體積含水率為12.33％時，裂土的基質(zhì)吸力為276.55KPa，土體的基質(zhì)吸力為16453.78KPa，裂土的基質(zhì)吸力值為土體的基質(zhì)吸力的0.02倍；當(dāng)初始干密度為1.5g/cm3的試樣的體積含水率為1

6、1.70%時，裂土的基質(zhì)吸力為284.39KPa，土體的基質(zhì)吸力為8456.34KPa，裂土的基質(zhì)吸力值為土體的基質(zhì)吸力的0.03倍。
　?。?）考慮裂隙影響的膨脹土滲透函數(shù)及 REV數(shù)值試驗研究結(jié)果表明：裂土的REV是存在的，其大小為3～4cm；裂隙的開展使膨脹土滲透系數(shù)增大，土體的滲透性變大。隨著膨脹土的含水率降低，裂土的滲透系數(shù)可比土體的滲透系數(shù)大1～2個數(shù)量級。例如，當(dāng)干密度為1.5g/cm3的試樣的體積含水率為12.33

7、%時，裂土的滲透系數(shù)為7.334×10-15cm/s，土體的滲透系數(shù)為6.744×10-17cm/s，裂土的滲透系數(shù)比土體的滲透系數(shù)大2個數(shù)量級；當(dāng)干密度為1.6g/cm3的試樣的體積含水率為12.33%時，裂土的滲透系數(shù)為8.054×10-15cm/s，土體的滲透系數(shù)為3.544×10-16cm/s，裂土的滲透系數(shù)比土體的滲透系數(shù)大1個數(shù)量級。
　?。?）在對降雨入滲條件下膨脹土邊坡穩(wěn)定性分析時，如果不考慮裂隙的影響或者僅僅考慮