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原文传递 EPS轻质混合土阻断黄土中优先渗流通道的研究

论文题名：	EPS轻质混合土阻断黄土中优先渗流通道的研究
关键词：	EPS轻质混合土;数值模拟;黄土滑坡;抗剪强度;渗流通道;边坡稳定性
摘要：	黄土滑坡是黄土塬较常见的地质灾害的一种，滑坡形成的因素有两个：一是因为外力作用导致黄土斜坡失去原有的应力平衡状态；二是外界环境的影响导致黄土的抗剪强度发生变化，不能再保持原有的应力平衡状态，从而发生滑坡。降雨和灌溉是导致黄土滑坡地质灾害发生的最主要的因素。黄土塬上不同规模、不同尺寸、不同时期形成的裂缝、孔洞，可以形成降雨和灌溉等地表水快速入渗的优势通道。地表水汇聚于优势渗流通道，迅速的进入黄土塬内部，导致黄土塬坡体中的地下水位发生明显上升，促进了潜在滑动面的发展，导致滑坡发生。频繁的发生滑坡灾害，不仅会造成大量的人员伤亡和财产损失，还会使宝贵的土地资源不断流失，制约了当地的经济发展。黄土塬上每年的降雨量不大，但是降雨的时间较为集中，同时黄土塬上每年进行两次灌溉，并且灌溉方式均为漫灌，短时间内大量水沿着洞穴、裂缝进入坡体，因此，研究黄土优先流渗流特性以及通过阻断优先流渗流，增强黄土斜坡稳定性具有重要的理论意义和应用价值。　　本文通过制作EPS轻质混合土，对EPS轻质混合土进行室内试验，测定材料的强度性能，以及干湿循环对试样的影响。将EPS轻质混合土应用于黄土塬上裂缝填充，通过有限元软件GEO-studio模拟该种情况下的渗流方式，继而进行边坡稳定性计算，判断使用EPS轻质混合土填充裂缝是否能达到预期的目的。通过上述的研究试验，得到了如下的研究成果：　　1、EPS轻质混合的配合比中，当水泥掺入比提高时会提高材料的抗压强度，破坏应变会降低，同时粘聚力也会得到提高，水泥掺入比高的试样受干湿循环的影响较小，干燥时的尺寸变化率也较低；含水量的提高会降低材料的抗压强度，破坏应变会增大。50％含水量的时候粘聚力达到最高值，但是过多的水又会导致黄土中含水量提高，又降低了材料的稳定性，导致干湿循环的强度衰减率增高；EPS颗粒主要作用是降低材料的密度，EPS的添加量为3%的时候试样的抗压强度最低，1%的掺入比时试样的粘聚力最高，EPS颗粒掺入比越大，干湿循环的强度衰减率也就越大，干燥时的尺寸变化率最低变形最小；EPS颗粒的大小主要影响材料的均匀性，颗粒粒径大的试样，应力强度会降低，干湿循环的强度衰减率随着粒径的增大而降低，干燥时的尺寸变化率在粒径最小的时候最低。　　2、EPS轻质混合土经过干湿循环后会导致材料的性能降低，第一次干湿循环后，材料力学性能降低的最大，后续的每次降低幅度都在减小，材料性能趋于稳定。　　3、灌溉水和雨水等地表水入渗对边坡稳定性的影响较为明显。灌溉后，裂缝深处和两侧的孔隙水压力变化最为明显，有限元软件模拟能够清晰的看到裂缝周边的孔隙水压力变化情况。将EPS轻质混合土填充到裂缝，再进行渗流模拟，观察到孔隙水压力较没有填充发生了较大的变化，裂缝的填充消除了优先流带来的孔隙水压力集聚，改善了坡体孔隙水压力的分布。通过SLOPE/W的边坡稳定性计算结果，对裂缝进行填充后，边坡稳定安全系数得到明显提高，说明用EPS轻质混合土填充裂缝对坡体的稳定性有着明显的改善，再将各配合比的EPS轻质混合土填充裂缝后，分别进行渗流和边坡稳定性耦合计算，得到边坡稳定安全系数，对比可以发现，EPS轻质混合土的粘聚力、干重度对安全系数均有影响。随着EPS轻质混合土粘聚力的增大，黄土斜坡的稳定安全系数增大；随着EPS轻质混合土干重度的增大，黄土斜坡的稳定安全系数减小。
作者：	张良
专业：	建筑与土木工程
导师：	梁燕
授予学位：	硕士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文