基质吸力对黄土边坡稳定性的影响

【摘要】鉴于强降雨、地震等自然灾害引起黄土地区滑坡泥石流、大厚度黄土坡面崩塌、路基沉降塌陷、地下隧道失稳及深基坑坡脚剥落等灾害给人类生命财产带来严重威胁,开展黄土边坡稳定性研究具有现实意义。对于兰州大厚度黄土,地下水位极深,黄土通常处于非饱和状态,非饱和黄土中存在的基质吸力对土体抗剪强度有着不可忽视的贡献,然而,基质吸力受含水量等多种因素的影响,试验室很难高效、准确地测量。同时,典型土-水特征曲线表明,基质吸力受土体含水量影响非常明显。针对兰州地区非饱和黄土,配置不同含水量的非饱和均质重塑黄土,开展常规固结不排水三轴试验,获取不同含水量条件下的应力-应变曲线和相应抗剪强度参数黏聚力和内摩擦角,将所得数据绘制成曲线图,可知随着含水量递增,黏聚力先增加后减小且变化幅度大,摩擦角先减小后增加但变化幅度小,曲线极值点在含水量10%附近。而后,建立坡角分别为45°和66°两种工况下的均质黄土边坡,运用强度折减有限元法,将试验所得参数折减后,依次输入到黄土边坡稳定性计算模型中,以莫尔-库仑理论为破坏准则,土体只受自重条件下,进行ABAQUS有限元模拟分析。根据场变量FV1(折减系数)与X方向位移UI的关系曲线,在不考虑其它影响因素条件下,求出不同含水量对应的黄土边坡稳定安全系数Ks,将所得曲线拟合为二次函数,可得拟合相关系数分别为工况一0.85,工况二0.71。由含水量与黄土边坡安全系数的关系曲线得知,随着含水量的增加,安全系数先增加后减小,在10%含水量左右出现最大值,过了最优含水量,安全系数急剧下降。出现该种结论的主要原因是,非饱和黄土中存在的基质吸力随含水量增加而逐渐递减,以至于土体抗剪强度减小,从而安全系数随之减小。并由模拟可得边坡位移等值线云图,能够清晰可见滑动面的形状及位移变化范围。因此,本研究根据试验阶段和ABAQUS有限元模拟分析的结果,得出了一些相关结论,对今后在兰州非饱和黄土区开展更高层次的黄土特性研究、工程设计,及城市建设工程施工项目等,具有一定的经济意义和实践意义,也对黄土边坡安全稳定预测、预报及支护有一定指导价值。
【作者】陈星强；
【导师】丑亚玲；
【作者基本信息】兰州理工大学，结构工程，2014，硕士
【关键词】非饱和黄土；基质吸力；含水量；黏聚力；内摩擦角；强度折减法；ABAQUS软件；安全系数；

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