膨胀各向异性对非饱和膨胀土边坡稳定性的影响

• 作者: 刘正楠 张锐 刘昭京 郑健龙
• 来源期刊: 中南大学学报（自然科学版）
• 学科: 交通运输
• 关键词: 膨胀土 膨胀各向异性 数值模拟 边坡稳定性 浅层渐进式破坏
• 年，卷（期）: 2022,（1）
• 页码范围: 114-125
• 页数: 12页
• 分类号: U416.1+67
• 语种: 中文
• DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.01.007

摘要

为揭示降雨入渗条件下膨胀土膨胀各向异性对边坡破坏的作用机理,引入2个与基质吸力相关的弹性模量描述膨胀的各向异性行为,对非饱和土非线性弹性模型进行修正,并通过室内膨胀试验结果对模型的可靠性进行验证.通过二次开发和有限元计算软件,建立可考虑膨胀各向异性的非饱和膨胀土边坡数值计算方法.依托湖北安猇路实体工程,针对膨胀各向异性、膨胀各向同性和不考虑膨胀这3种工况,通过数值模拟得到降雨7d内的膨胀土边坡内部湿度场和应力场分布与演变规律.根据摩尔?库仑强度理论,对比分析降雨入渗条件下边坡坡脚、坡中、坡顶处的应力状态变化.研究结果表明:侧向力预测结果与实测结果的相关性系数均大于0.9,修正后的本构模型可用于后续非饱和膨胀土边坡的数值模拟分析;与膨胀各向异性工况相比,膨胀各向同性和不考虑膨胀的工况下侧向应力最大值分别偏小20.8％～38.3％和73.9％～88.3％;膨胀土增湿过程中产生的膨胀压力将导致边坡内的应力重新分布,主应力轴由竖向旋转至侧向;坡脚将先于坡中和坡顶出现局部被动破坏;上部土体将失去坡脚的支撑并承受拉应力,致使破裂面逐步向上延拓,继而出现渐进式破坏.