黃土節(jié)理的強度與滲流問題研究.pdf

1、節(jié)理是黃土地區(qū)普遍存在的一種地質(zhì)現(xiàn)象。節(jié)理的存在破壞了土體的整體性和連續(xù)性。節(jié)理面是剪切弱面,會使水分運動加快,對黃土地區(qū)洞室和邊坡的穩(wěn)定構(gòu)成安全隱患。目前對節(jié)理的研究多集中在其地質(zhì)屬性上,而工程性質(zhì)的研究尚不足,尚缺乏黃土節(jié)理剪切和滲流特性的研究文獻(xiàn)?；诖吮疚膶S土節(jié)理的剪切性質(zhì)和滲流性質(zhì)展開研究工作。
　　通過對不同含水率、干密度以及表面形態(tài)的黃土節(jié)理進(jìn)行直剪試驗,研究了黃土節(jié)理強度參數(shù)變化規(guī)律。結(jié)果表明:黃土節(jié)理內(nèi)摩擦角隨

2、含水率呈開口向下的拋物線形態(tài)變化。存在一個界限含水率,使土樣的含水率為該界限值時,節(jié)理面的摩擦角最大。在低含水率時節(jié)理表面形態(tài)對粘聚力的影響較大。粗糙節(jié)理面的粘聚力明顯大于平整節(jié)理面。隨著含水率的逐漸升高,表面形態(tài)對節(jié)理面粘聚力的影響逐漸減小。
　　通過室內(nèi)節(jié)理變水頭試驗、表面飽和入滲試驗以及現(xiàn)場節(jié)理滲水試驗研究了黃土節(jié)理的滲流性質(zhì)。結(jié)果表明:黃土中有節(jié)理存在時,其流動仍然可以用達(dá)西定理來描述,但隨著水頭的增大,試驗結(jié)果逐漸偏離達(dá)

3、西定律;在表層飽和入滲的情況下,節(jié)理對水分入滲有促進(jìn)作用,其滲透性隨著節(jié)理開度的增大而增大;現(xiàn)場節(jié)理入滲試驗表明黃土中的垂直節(jié)理在入滲初期具有高滲透性。黃土沿節(jié)理方向的入滲速度遠(yuǎn)大于水平方向的入滲速度。
　　對黃土節(jié)理滲流問題進(jìn)行了理論分析。黃土節(jié)理滲流屬于沿節(jié)理方向入滲和垂直于節(jié)理方向往黃土體入滲的二維滲流問題?？紤]節(jié)理內(nèi)流體向土體的入滲及土體自身流速的影響,建立了黃土節(jié)理二維滲流模型,采用歐拉變數(shù)法推導(dǎo)了流體元運動微分方程,得

4、到了以流速為函數(shù)的滲流微分方程。進(jìn)而基于黃土節(jié)理滲流特征及邊界條件,推導(dǎo)得到黃土節(jié)理二維穩(wěn)態(tài)流的流量方程,表明巖體節(jié)理立方定律可歸結(jié)為此方程在特定條件下的簡化形式。進(jìn)一步結(jié)合達(dá)西定律推導(dǎo)得到黃土節(jié)理滲透系數(shù)的表達(dá)式。考慮水分沿黃土節(jié)理的二維運動時,因為有水平向流動的影響,流體的廣義阻力增大。
　　建立了黃土節(jié)理滲流問題的數(shù)值分析方法。首先給出了黃土節(jié)理二維滲透系數(shù)矩陣,并建立了當(dāng)考慮黃土中節(jié)理的存在時,水分場數(shù)值計算的模型。隨后針