裂隙膨胀岩工程特性试验研究及其工程应用

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  膨胀岩具有吸水膨胀、软化,失水收缩、开裂的工程特性,常常是影响膨胀岩土边坡稳定性的重要因素,深入开展膨胀岩的裂隙、胀缩特性研究对膨胀岩土工程建设具有重要意义。本文通过室内试验,研究了重塑膨胀岩的一些基本工程特性,以及干缩裂隙对这些工程特性的影响,并通过南水北调中线工程渠坡稳定性计算实例,探讨了坡表裂隙对渠坡稳定性的影响,得到如下一些认识:   (1) 一定范围内,干密度相同的同种膨胀岩试样,其粘聚力和内摩擦角与含水率近似呈负线性相关,粘聚力对水更为敏感;相同初始含水率下,试样饱和渗透系数的对数与干密度近似为线性关系;试样下渗强度随时间变化过程大致可以分为骤降阶段、过渡阶段和稳定阶段;初始含水率对膨胀岩重塑样的下渗强度和胀缩特性的影响较大,对于相同干密度的同种膨胀岩,初始含水率越高,初始下渗强度和稳定下渗强度越小,当初始含水率大到一定程度时,试样几乎不透水;相同干密度的同种膨胀岩,随着初始含水率的增大,最大膨胀率近似线性递减,最大线缩率近似线性递增,其中初始含水率对最大膨胀率的影响远大于其对最大线缩率的影响,膨胀岩的胀缩过程是不可逆过程。   (2) 干湿循环后的膨胀岩试样,其抗剪强度与上覆压力仍能近似满足库伦定律,且土水特征曲线形态,试样的膨胀收缩过程均无显著变化,但干湿循环对其抗剪强度指标,渗透系数,膨胀收缩率,膨胀力等影响较大。粘聚力随着干湿循环次数的增加而降低,且前2次降幅较大,后趋于稳定,降幅约为25%,摩擦角波动较小,规律不明显;干湿循环后,试样饱和渗透系数增大约1~3个数量级;试样的最大无荷膨胀率随着循环次数增加而增大,其中首次循环增幅最大,多次循环后,趋于稳定;试验发现干湿循环次数对试样的收缩变形过程的影响远小于对试样膨胀变形过程的影响;在一定范围内,随着循环次数的增加,膨胀力会逐渐增大;同一吸力作用下,循环次数多的膨胀岩试样体积含水率小;在体变可以忽略的前提下,干湿循环对试样的孔径分布曲线形状影响不大,但会使孔径分布曲线向后移动。   (3) 对膨胀岩渠坡在持续暴雨作用下进行了稳定性计算分析,考虑坡表干缩裂隙层与不考虑裂隙计算结果差异较大。不考虑坡表裂隙时,暴雨持续作用下,渠坡渗流场变化缓慢,稳定性降低较小,且搜索最危险滑动面多为深部滑动;考虑裂隙影响后,在暴雨持续作用下,坡表裂隙带将先于深部坡体达到饱和,且随着暴雨持时增加,渠坡由深部滑动破坏演化为浅层滑动破坏,坡体稳定性骤降。从计算结果来看,考虑裂隙的影响更加符合膨胀岩工程实际。
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