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(shí)際工程中。裂隙是引起諸如邊坡失穩(wěn)等巖土問(wèn)題的關(guān)鍵因素。裂隙膨脹土滲透特性的研究對(duì)分析裂隙對(duì)諸多巖土問(wèn)題的影響至關(guān)重要。雖然越來(lái)越多的學(xué)者開(kāi)始關(guān)注裂隙對(duì)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(yàn)儀器缺乏，目前針對(duì)裂隙非飽和滲透特性的研究報(bào)道較少。
　　本文以數(shù)值試驗(yàn)為主，開(kāi)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(jiǎn)稱裂土，完整膨脹土簡(jiǎn)稱土體，裂隙系統(tǒng)簡(jiǎn)稱裂隙。主

2、要開(kāi)展的工作包括：（1）由膨脹土室內(nèi)模擬失水開(kāi)裂試驗(yàn)，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(yàn)和飽和滲透試驗(yàn)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(yàn)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(shí)無(wú)法反映裂隙對(duì)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(kāi)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(yàn)方法，開(kāi)展考慮裂隙影響的膨脹土非飽和滲透特性及REV研究。通過(guò)逐步增大計(jì)算尺度，尋找使非飽和滲透參數(shù)都趨于穩(wěn)定時(shí)的最小尺度，這個(gè)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(duì)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(yàn)和理論公式預(yù)測(cè)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(duì)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(duì) SWCC試驗(yàn)完成后取出的試樣觀察發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)表面無(wú)裂隙出現(xiàn)，僅僅出現(xiàn)體積收縮。這一現(xiàn)象說(shuō)明，基于試驗(yàn)和理論預(yù)測(cè)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(méi)有反映裂隙的存在對(duì)膨脹土的非飽和滲透特性的影響。
　　（2）考慮裂隙影響的膨脹土土水特征曲線及 REV數(shù)值試驗(yàn)

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(kāi)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(shí)，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(shí)，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(yàn)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(kāi)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(gè)數(shù)量級(jí)。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(shí)，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(gè)數(shù)量級(jí)；當(dāng)干密度為1.6g/cm3的試樣的體積含水率為12.33%時(shí)，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(gè)數(shù)量級(jí)。
　　（4）在對(duì)降雨入滲條件下膨脹土邊坡穩(wěn)定性分析時(shí)，如果不考慮裂隙的影響或者僅僅考慮