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《吉林大学》 2012年
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黄土公路边坡坡面冲刷的水—土力学耦合机制及模型研究

马栋和  
【摘要】:黄土在我国分布十分广泛,近年来随着经济建设的发展和对外开放的需要,高等级公路的修建速度加快,穿越复杂地形地貌区域的增大,随之带来的公路工程边坡问题也日益增多。由于黄土的特殊性质(大孔隙比、低压实度、弱抗水性、高透水性、湿陷性),决定了其抵抗径流冲刷特别弱的固有特性,加之公路的斜坡地形为坡面径流的冲刷提供了良好的动力条件,因此公路边坡冲刷破坏防治一直是黄土公路地区土的重要研究课题。现行《湿陷性黄土地区建筑地基规范》(GB50025-2004)首次将辽宁西部列为黄土边缘区,目前仅有少数学者对该地区的黄土进行了初步研究。为此,作者结合国家自然科学基金面上项目“辽西地区黄土边坡坡面冲刷破坏机理的研究”(No.40972171),以辽西黄土边坡为研究对象,通过土质学、土力学和水力学多学科有机结合的途径,研究黄土边坡坡面冲刷破坏的水土力学机理。 论文共分八章,第一章介绍了选题依据与研究意义,黄土边坡坡面侵蚀破坏特征及机理研究现状,给出了论文的研究内容与技术路线。第二章为辽西黄土的工程地质特性,主要对辽西地区的黄土的分布规律和成因、黄土的物质组成、土化学特性、黄土的微观结构特征及其定量化、黄土的基本力学性质及湿陷变形规律等方面进行了深入的研究。第三章为黄土边坡坡面冲刷室内模拟试验研究。深入研究降雨条件下黄土边坡坡面冲刷破坏过程及其特性,自行研制了小型边坡降雨及观测装置,开展室内边坡降雨冲刷破坏模拟试验。主要研究不同坡度的边坡在3个降雨级别下坡面的冲刷破坏规律、降雨入渗规律、孔隙水压力变化规律、颗粒运动及坡面形态的细观变化特征。第四章主要通过现场调查与室内物理试验模拟结果,研究坡面冲刷破坏特征与影响坡面冲刷破坏的主要因子及其相互作用。第五、六章是在模型模拟试验和现场调查监测的基础上,采用SEEP/W及PFC2D进行数值分析,进一步研究坡面冲刷过程中土颗粒受力特征、降雨入渗规律,进而揭示冲刷破坏的微观机制。第七章为结合坡面侵蚀的3个动力学子过程:雨滴溅蚀及产流、径流引起的土体颗粒分离以及颗粒的输移,研究坡面颗粒启动机制,量化研究边坡侵蚀、深入分析(从微观和宏观)坡面冲刷破坏机理。第八章为结论与展望,总结本文所得到的结论及创新点,并提出进一步研究和改进的建议。 论文紧密围绕“黄土边坡冲刷破坏的机理”这一中心问题,采用物理模拟、数值分析等方法、定性和定量相结合的途径,对黄土边坡坡面冲刷破坏的全过程特征进行了研究,基本明确了黄土边坡坡面冲刷破坏的机理,初步建立了黄土边坡冲刷破坏的计算模型,成果对深化黄土边坡冲刷破坏的研究及黄土边坡防护设计具有重要的意义。限于作者水平,许多问题尚有待于进一步研究,不当之处敬请各位专家学者批评指正。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:S157

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