膨胀工作为自然界一种广泛分布的非饱和特殊性黏土,因其吸水膨胀失水收缩的特性,其对暴露于自然环境下的边坡工程极易造成重大的影响。建立简洁有效的分析方法,分析膨胀土膨胀性对边坡工程的影响,明确膨胀土边坡渐进破坏机理,是解决由其特殊性引发工程安全问题的关键,具有重要的实践意义。因此,针对非饱和膨胀土边坡,采取以理论分析、程序开发、室内试验、以及数值模拟相结合的研究思路,对非饱和膨胀土的膨胀模型、参数确定、工程特性、降雨入渗边界以及降雨诱发边坡渐进破坏进行了系统地研究。主要的工作及成果如下:(1)基于增量塑性理论框架,引入双参数变切线模量概念,开发一种改进的非线性实用模型(DM)。通过相关的室内试验,验证了DM模型在压缩、拉伸状态下、循环加/卸载状况下、压缩到反向拉伸情况下非线性应力应变特性,以及土体应变软化的特性。相较于常用的理论模型,该模型通过单参数调节实现应力应变曲线由线性至双曲线的转变,克服了应力应变曲线形式单一的局限性,具有更广泛的适用性。(2)在非线性实用模型(DM)基础上,通过引入双相流固结理论并结合膨胀应变与基质吸力的线性假定,开发一种适用于膨胀土工程的非饱和渗流场-应力场-膨胀应变场多场耦合数值计算程序(DMUS)。通过经典砂柱排水试验及三维自由膨胀试验,验证了 DMUS模型能够有效反映膨胀土非饱和渗流及固结的耦合特性、以及湿胀过程中各阶段工程特性,对于预测和分析膨胀土工程具有一定适用性。(3)基于常规的室内试验手段,针对广西膨胀土进行室内物理特性、强度、收缩及膨胀试验,分析膨胀土工程性质变化规律及相关影响因素,获得初始干密度、初始含水量以及干湿循环对膨胀土强度、收缩特性、膨胀特性以及膨胀力的影响规律。(4)基于群体智能差分进化算法,搭建多场耦合数值计算程序(DMUS)参数反分析平台,建立膨胀土膨胀模量参数的预测方法。同时,通过膨胀土膨胀性因素敏感性分析,获得膨胀性与泊松比、膨胀模量、初始饱和度、上覆荷载、摩擦角、初始模量、粘聚力、干密度以及抗拉强度参数的定性关系及敏感性大小。(5)基于坡面流理论,建立适用于多场耦合模型(DMUS)的降雨入渗-产流边界。通过室内降雨入渗试验的比对,验证其适用性。同时,对斜坡降雨入渗规律进行系统地研究,获得坡体饱和度、降雨强度以及坡比对坡面入渗、产流的影响规律。通过与常规的简化降雨边界进行对比,获得了各类边界的适用范围,降雨入渗-产流边界具有更广泛的适用范围。(6)应用多场耦合数值计算程序(DMUS)及降雨入渗产流边界,进行单次降雨诱发膨胀土边坡渐进性破坏研究,清晰地呈现了单次降雨诱发的非饱和膨胀土边坡由坡脚起始,向坡顶延伸的多层、逐级后退式牵引性滑坡特征。同时,对降雨诱发渐进破坏过程中破坏形态、应力、位移及其影响因素进行细致分析,明确了坡体渐进破坏演化规律,总结了降雨诱发膨胀土边坡多层逐级后退式失稳破坏机理。