南水北调北段磁县地区非饱和膨胀土强度特性试验研究

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1、分类号___________密级__________UDC___________学号201210215113NorthChinaUniversityofWaterResourcesandElectricPower硕士学位论文南水北调北段磁县地区非饱和膨胀土强度特性试验研究孙怡导师姓名、职称___________黄志全教授____________申请学位工学硕士学科名称地质工程提交论文日期2015-4-20答辩日期2015-5-19学位授予单位、授予日期华北水利水电大学独立完成与诚信声明本人郑重声明：所提交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果并撰

2、写完成的。没有剽窃、抄袭等违反学术道德、学术规范的侵权行为。文中除已经标注引用的内容外，本学位论文中不包含其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北水利水电大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律后果山本人承担。签字日期：签字H期：及/f.学位论文版权使用授权书本人完全了解华北水利水电大学有关保管、使用学位论文的规定。特授权华北水利水电大学可以将学位论文的全部或部分内容公开和编入有关数据库提供检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段复制、保存、汇编以供查阅和

3、借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文原件或复印件和电子文档。（涉密的学位论文在解密后应遵守此规定）签字円期•■义签字円期：沐分类号:密级:UDC:单位代码:10078华北水利水电大学硕士学位论文南水北调北段磁县地区非饱和膨胀土强度特性试验研究EXPERIMENTALSTUDYONTHESTRENGTHPROPERTIESOFUNSATURATEDEXPANSIVESOILINCIXIANONTHENORTHSECTIONOFSOUTH-TO-NORTHWATERDIVERSIONPROJECT研究生姓名：孙怡指导教师：黄志全教授专业名称：地质工程所在学院：资源与环境学院2

4、015年5月本硕士学位论文得到了河南省科技创新人才计划：“膨胀土边坡安全性研究”华北水利水电大学研究生教育创新计划基金项目：“膨胀土的非饱和强度研究”(项目编号:YK2013-10)资助I华北水利水电大学硕士学位论文南水北调北段磁县地区非饱和膨胀土强度特性试验研究摘要膨胀土是一类主要由亲水特性强的黏土矿物蒙脱石、伊利石和高岭土构成的特殊的高塑性粘土。膨胀土多具有超固结性、多裂隙性和可塑性，并且其吸水膨胀和失水收缩裂开的特征明显，此外含水率的变化对其强度特性的影响很大。因为这些特性，膨胀土问题引起工程建设的破坏能够长期存在并频繁发生，成为威胁人类生命和财产安全的严重灾害。本文利用

5、GDS非饱和三轴试验仪、Whatman42号滤纸以及FLAC3D数值模拟软件，对南水北调北段磁县工程段的中等膨胀土的非饱和剪切强度、持水特征以及典型渠坡的稳定性进行了一系列研究。本文获得了一些研究成果，主要列举如下：（1）采用GDS非饱和三轴试验仪研究膨胀土的非饱和强度特征，试验结果表明：非饱和膨胀土的剪切强度与土体自身的含水率和干密度有关。随着含水率的增大，土体的抗剪强度依次减弱；其中总粘聚力和总内摩擦角都随着含水率的增加而呈现线性减少的趋势；而随着干密度的增加，土体的抗剪强度明显增强，其中粘聚力的增大幅度远远大于内摩擦角。（2）非饱和膨胀土的抗剪强度还受其承受的围压与基质吸

6、力变化的影响很大。土体抗剪强度随着围压的增大而增强，且在低围压下，土样呈现应力应变软化现象。在脱湿过程当中，土体抗剪强度随着基质吸力的增大而增强。其中粘聚力由于基质吸力的增大呈现非线性增长趋势并且增长幅度较大，而有效的内摩擦角几乎不受基质吸力影响。（3）采用Whatman42号滤纸测试膨胀土的土水特征曲线，试验结果表明：在基质吸力较小时，采用饱和度和吸力的关系比采用含水率和吸力的关系来表示土水特征曲线，更能够表示出初始干密度对土水特征曲线的影响。含水率较小时，随着干密度增长，基质吸力有增长的趋势。但是当含水率较大时，随着干密度增长，基质吸力增长的幅度并不显著。特定干密度条件下，

7、基质吸力和含水率呈非线性关系。由于含水率的增大，基质吸力表现为迅速减小的趋势。不同干密度土样试验结果用VanGenuchten土-水特征曲线模型分别进行拟合分析，拟合效果均比较好。（4）利用FLAC3D软件，采用强度折减方法，模拟不同工况条件下膨胀土渠坡的稳定性，结果分析可得：干密度和含水率的不同影响着渠坡的安全系数与位移量。在本文模拟的工况情况下，随着干密度减小或含水率增大，渠坡的安全系数依次减小；随着含水率的增加位移量增加，而随着干密度的增加位移量减小。II摘要关键字：膨胀土；非饱和土强