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炭质泥岩路堑边坡湿化变形特性研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 湿化变形研究现状

1.2.2 湿化变形的定义与机理研究

1.2.3 湿化变形试验方法研究

1.2.4 湿化变形模型研究

1.2.5 基于双线法与单线法的研究成果

1.2.6 湿化变形研究存在的问题

1.2.7 湿化变形对边坡稳定性影响研究

1.3 主要研究内容

1.3.1 炭质泥岩工程特性及水理特性研究

第二章 炭质泥岩工程特性及水理特性研究

2.1 炭质泥岩的化学及矿物组成

2.2 炭质泥岩的工程特性

2.3 炭质泥岩微观结构分析

2.3.1 扫描电镜(SEM)介绍

2.3.2 炭质泥岩天然状态下的微观结构

2.3.3 炭质泥岩饱水状态下微观变化规律

2.4 炭质泥岩水理特性研究

2.4.1 炭质泥岩的吸水特性

2.4.2 炭质泥岩的崩解特性

2.4.3 炭质泥岩遇水软化机理分析

2.5 本章小结

第三章 炭质泥岩湿化变形特性试验研究

3.1 湿化变形试验

3.1.1 试验仪器

3.1.2 试验材料与试样制备

3.1.3 湿化变形试验方案

3.2 单线法和双线法试验结果

3.3 试验结果分析

3.4 试验结果修正

3.5 湿化变形规律分析

3.6 湿化变形经验公式

3.7 本章小结

第四章 炭质泥岩路堑边坡湿化变形分析

4.1 炭质泥岩非线性本构模型

4.1.1 邓肯—张模型概述

4.1.2 模型参数的确定

4.2 邓肯-张EB模型在FLAC3D上的实现与验证

4.2.1 FLAC3D上二次开发环境

4.2.2 FLAC3D二次开发编程概要

4.2.3 数值试验验证

4.3 路堑边坡湿化变形数值模拟分析

4.3.1 概化工程地质模型

4.3.2 边坡模型网格划分

4.3.3 约束条件和计算荷载

4.3.4 破坏标准

4.3.5 湿化作用对边坡影响

4.4 影响路堑边坡稳定性的主要因素

4.5 路堑边坡湿化变形影响因素分析

4.5.1 湿化深度的影响

4.5.2 边坡高度的影响

4.5.3 边坡坡比的影响

4.6 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

附录

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摘要

随着我国山区高速公路建设的迅速开展,不可避免地将在富含炭质泥岩地区修建高速公路。但是,由于炭质泥岩遇水软化特性,很容易导致路堑边坡坍塌、滑坡等地质灾害的发生,特别是炭质泥岩湿化变形更是是造成路堑边坡失稳的最主要因素。由此可见,炭质泥岩路堑边坡在湿化作用下的变形与破坏已成为高速公路边坡安全防护的一个重大隐患。为此,论文以六寨至河池炭质泥岩高速路段为工程背景,通过理论分析、室内试验与数值模拟,研究炭质泥岩湿化变形机理,分析炭质泥岩路堑边坡湿化变形特性。论文取得了以下研究成果:
  (1)炭质泥岩的矿物组成中含量最高的是石英(约占35%),粘土矿物主要是伊利石(约占30%)和高岭石(约占20%);炭质泥岩内部含有大量结构松散、孔隙较大的伊利石和高岭石晶体颗粒,里面与面或点与面接触结构,这种结构在水、紫外线照射与外力的作用下很容易发生破坏,使粗颗粒之间产生错动,从而使炭质泥岩宏观上发生软化。
  (2)开展了单、双线法湿化变形试验研究,基于修正后的双线法建立了炭质泥岩湿化变形模型,研究表明,炭质泥岩湿化变形随偏应力(σ1-σ3)的增大而呈先缓后急的增加趋势。
  (3)确定了炭质泥岩湿化变形本构模型,并在Flac3D软件进行二次开发,成功植入邓肯-张EB模型,进行了围压400kPa下的三轴剪切试验模拟,并与试验结果对比,二者较为吻合,验证了二次开发本构模型的合理性。
  (4)通过Flac3D数值模拟炭质泥岩路堑边坡湿化变形特性,并对炭质泥岩路堑边坡湿化变形影响因素进行分析。研究表明,炭质泥岩路堑边坡湿化变形量受坡高、湿化深度和坡比影响较大。

著录项

  • 作者

    陈良;

  • 作者单位

    长沙理工大学;

  • 授予单位 长沙理工大学;
  • 学科 建筑与土木工程
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 刘新喜,汪幼林;
  • 年度 2017
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 U416.14;
  • 关键词

    高速公路; 路堑边坡; 炭质泥岩; 湿化变形;

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