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红土的湿化效应及路堤变形试验研究

时雨  
【摘要】:红土在江西大量分布,随着鄱阳湖生态经济区基础设施大规模建设,将出现大量的红土高填方工程,如高填方公路路堤、铁路路堤和机场等设施。为了保证这些工程安全运行,往往要求工后沉降和不均匀沉降较严格;但由于环境复杂,填方体可能浸水或者受到大气降雨的入渗,土体会产生一定程度的湿化变形。如果湿化产生的变形过大,将使路面下陷,开裂,严重影响其正常的使用。因此,开展红土的湿化效应及红土路堤湿化变形模型试验研究,对填方工程的安全保障有着非常重要的现实意义。本文通过非饱和土红土微观本构和突变模型建立了湿化变形本构关系,通过全自动常规三轴仪进行压实度为0.93红土单线法部分湿化试验,研究红土的湿化效应,并在GDS非饱和三轴仪上进行了通过控制基质吸力的湿化变形试验,比较了两种方法的试验结果。进行了室内红土路堤模型试验,模拟路堤在水位升降和人工降雨两个工况下的湿化变形规律。采用自编程序分析了路堤模型在浸水作用下的湿化变形并与模型试验结果比较;分析了该类红土填筑的路堤在不同堤高及不同的浸水高度下由于湿化引起的变形大小。主要研究内容如下:(1)进行红土的基本物理力学性质试验;并通过XRD衍射试验、SEM电镜扫描试验分析红土的矿物组成和内部构造,更好地辅助分析土体湿化效应。(2)通过全自动常规三轴仪进行压实度为0.93红土单线法部分湿化试验。结果表明,附加体应变随附加轴应变增大而增大,到湿化后期增长变慢;得到了围压、应力水平和湿化变形三者的经验公式;湿化轴应变随着主应力差的增大而增大,湿线的抗剪强度明显降低;整理分析了部分湿化试验结果,湿化变形的增量随饱和度增大呈现衰减规律,通过偏应力—部分、全湿化曲线得到不同饱和度下邓肯—张参数,发现大部分试验参数随饱和度增大呈衰减变化。并通过GEO-Experts压力板仪进行土—水特征试验,为之后的湿化试验和数值模拟提供必要的参数依据。(3)通过GDS非饱和三轴仪,通过控制基质吸力进行了湿化变形试验,分析了湿化的时间效应,发现随着湿化时间的增加,湿化变形先逐渐增加后趋于稳定,并且湿化开始前的湿化变形量较大,湿化后期变形量较小。与常规三轴仪单线法湿化试验结果比较,相同应力状态下常规三轴仪得到的湿化轴应变及湿化偏应变要大。(4)进行室内路堤模型试验,模拟了水位上升和降雨工况下路堤浸水湿化的过程,分析湿化过程中路堤内部水分、孔隙水压力、位移及堤表面位移变化规律。(5)采用自编程序分析了路堤模型在浸水作用下的湿化变形并与模型试验结果比较。分析了该类红土填筑的路堤在不同堤高及不同浸水高度下由于湿化引起的变形大小。


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