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26500字硕士毕业论文湖南某山区残积土力学特性的试验研究

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:26500字
论点:研究,强度,干湿
论文概述:

本文以岳麓山残坡积土为对象,从理论和试验分析的角度对岳麓山残坡积土的土性特征进行了简要的分析,开展了在不同干湿循环次数、不同浸泡水时间作用下残坡积土的强度特性的试验研究

论文正文:

第1章导言

1.1 引言残坡积土是经物理风化和化学风化后形成的一种碎屑物,其分布十分广泛,尤其是在我国南方地区。由于其特殊的工程地质特性(受扰动后强度降幅大,遇水软化快等特点)[1],给各类锚固型支挡结构带来极大灾害,在公路的修建和营运过程中,滑坡事故经常发生,经支挡加固后的失事边坡也屡见不鲜,造成损失巨大[2,3],其破坏常具有反复性和长期潜在危害性,因此残坡积土也逐渐成为岩土工程领域的一个研究课题,对其的研究具有重要的理论和实践意义。在我国大部分地区,残坡积土分布相当广泛,尤其在我国广大的南方地区,更为集中。近年来,随着我国经济建设高速发展,高等级公路的大量修建,残坡积土对公路的危害和破坏日渐增多,日益引起交通部门和公路工程师们的高度关注。2008 年 3 月国家自然科学基金委员会批准开展《残坡积土边坡锚固系统水稳性与时变可靠性分析》的研究。目的是要解决好长期困扰我国公路建设尤其南方地区新一轮高速公路建设即将面临的更为严重的残坡积土工程地质灾害问题。项目选取长沙湖南大学北校区岳麓山一处滑坡的残坡积土层。调查发现边坡的破坏发生在雨季刚刚结束后,长时间的干旱使得边坡表层土体大多处于非饱和状态,雨季过后,土体经过干湿循环和长期浸泡后,强度大大降低,从而导致了残坡积土边坡的失稳或支挡结构物的结构性破坏。总结多年来残坡积土地区高等级公路建设的经验和对岳麓山残坡积土边坡的滑塌调查,不难发现遇水引起土体强度大幅度降低是滑坡产生的主要原因,同时也是残坡积土研究中最值得重视的问题,为此,本文以岳麓山残坡积土为对象,开展了在不同干湿循环次数、不同浸泡水时间作用下坡积土的强度特性的试验研究。并建立了基于 BP 神经网络在干湿循环作用下残坡积土应力应变关系模型和基于 ANFIS 在不同浸泡时间作用下残坡积土应力应变关系模型。
 1.2 国内外研究现状1.2.1 国外研究现状残坡积土在世界范围内分布都很广,但对其力学性质研究并不多。残坡积土力学性质的研究最早始于 Lumb(1962,1965)[6,7]对香港地区花岗岩残积土力学性质的研究。Daehyeon Kim 等(2005)注意到了残积土“混粒性”的特征,通过研究残积土在不同粘粒含量下的力学性质,发现随着粘粒含量的增加,在剑桥模型中 M 值减小,而k值增加,并认为粘粒含量 30%是区分残积土性质呈砂性或粘性的界限。Sueoka(1988)研究了残积土的化学风化指标,并以此对残积土进行了风化强度的分类,研究了残积土剪切强度与风化强度的关系;Onodera 等(1976)研究了花岗岩残积土原状土样的剪切强度性质;Matsuo(1979)研究了花岗岩残积土的渗透性和物理性质;Onitsuka(1985)研究了残积土的剪切强度性质。在国外,据现有搜索资料表明,残坡积土的研究始于上世纪五十年代对花岗岩残积土的分带及形成的研究,但对其力学性质的研究最早见于报道是 1962 年Lumb 对位于香港地区的花岗岩残积土的力学研究。从以上研究进展来看,国外对残坡积土的研究主要集中在对其力学性质的探讨方面,包括土体的强度,土体在各种应力路径下的力学性质等。总体上看,国外对残坡积土力学性质在水的不同作用形式下的力学特性研究目前还比较少。
 1.2.2 国内研究现状虽然在我国东南、华南地区残坡积土分布十分广泛,但是对其的研究起步较晚,其研究始于 20 世纪 80 年代初,当时残积土常被当作一般粘性土对待。近年来,随着工程建设中不断遇到残坡积土的工程问题,直至 90 年代初,残积土才逐渐作为单独的一种(类)土进行研究,其研究也主要集中在成因、分类和工程性质特征上,吉林大学王清等较早在我国对花岗岩残积土开展研究。鉴于残积土性质指标之特殊性,张永波等(1997)收集了非常多的实验资料,建立了以该类土体中粗砂粒(>0.5mm)的百分含量作为指标的工程类型区分体系,提出以粗砂粒含量 15%、35%作为界限值,将花岗岩残积土划分为残积粘性土、残积砂质粘性土、残积砂砾质土三类。目前,花岗岩残积土的类别也即包括粘性土、砂质粘性土、砾质粘性土等三类。此研究成果可为岳麓山残坡积土的分类提供依据。巫菊香,刘磊(2008)根据三轴固结排水剪切试验,分析了某边坡残积土的应力应变特性。通过试验得出,该边坡残积土应力应变关系具有剪缩特性,同时伴有理想塑性特征。在雨季,边坡局部土体发生剪切变形,其抗剪强度下降,雨季过后,土体有效应力增大,强度逐渐恢复,土体变形减小,边坡逐渐趋于稳定。但如果出现周期性的作用,将会加大边坡局部的滑动,导致边坡失稳。
 第 2 章 残坡积土的土性特征
 2.1 概述我国以往在残坡积土地区进行工程建设的经验表明,残坡积土其实并不可怕,如果不能对残坡积土的土性作出正确的判断和分析,没有采取相对应的措施,才是可怕的,所以常常引起工程事故的发生从而造成巨大的经济损失。要有效合理地研究岳麓山残坡积土的力学特性,必须要对岳麓山残坡积土的工程地质特征及土性特征、边坡破坏时的特点和规律有一个准确、全面的认识,因为土性是其物质基础。而且在研究残坡积土的力学特性时,如果缺乏对土性的认识,研究难以获得较深入的进展,同时也难以对试验现象和结果进行合理的分析和解释。因此对岳麓山残坡积土进行正确的判别与分类对本文的研究是至关重要的。
 第 3 章 干湿循环作用下饱和残坡积土力学特性的试验研究 ..............113.1 概述 ................113.2 干湿循环作用下饱和残坡积土的不固结不排水试验 .............113.3 基于 BP 神经网络在干湿循环作用下饱和残坡积土应力应变关系模型 ...... 203.4 干湿循环作用下饱和残坡积土的强度特性 ..............303.5 本章小结 ....................31第 4 章 不同浸泡时间作用下饱和残坡积土力学特性的试验研究...........324.1 概述 ..................324.2 不同浸泡时间作用下饱和残坡积土的不固结不排水试验 ................. 324.3 基于 ANFIS 在不同浸泡时间作用下饱和残坡积土应力应变关系模型 ....... 374.4 不同浸泡时间作用下饱和残坡积土的强度特性 ...................... 484.5 本章小结 ................48第 5 章 工程应用实例分析 ....................495.1 概述 ...............495.2 干湿循环作用下边坡稳定性分析.............. 495.3 浸泡时间作用下边坡稳定性分析.........................53
 结论
 本文以岳麓山残坡积土为对象,从理论和试验分析的角度对岳麓山残坡积土的土性特征进行了简要的分析,开展了在不同干湿循环次数、不同浸泡水时间作用下残坡积土的强度特性的试验研究,得出如下主要结论:(1) 岳麓山残坡积土属于钙泥质类岩石残坡积土。天然含水量和液限、塑限都较高。根据对岳麓山残坡积土进行粒径分析的结果可知,岳麓山残坡积土属于残坡积砂砾质土。岳麓山残坡积土的塑性指数为 15.8,属于粉质粘土。(2) 经过 20 次干湿循环,岳麓山残坡积土的不排水强度降低 92.3%,这是由于随着干湿循环次数的增加,土样出现裂纹,裂纹的发展导致了不排水强度的快速降低。(3) 随着干湿循环次数和浸泡时间的增加,岳麓山残坡积土的峰值强度和残余强度同样呈现衰减的趋势,应力应变曲线没有明显的应变软化迹象,从峰值强度到残余强度的衰减不大。这是由于饱和残坡积土的不排水强度初始值比较小。
(4)岳麓山残坡积土被水浸泡 500 小时后不排水强度降低 41.3%,这是由于随着浸泡时间的增加,土颗粒之间的咬合力降低。但是下降幅度没有干湿循环作用下不排水强度的下降幅度大,这是因为干湿循环作用下,土样裂纹的发展导致了土体不排水强度的大幅降低。(5)通过建立基于 ANFIS 在不同浸泡时间作用下残坡积土应力应变关系模型,结果表明此模型具有良好的泛发推广能力,对数据内在规律学习能力也很强,拟合精度较高,可以用做不同浸泡时间作用下残坡积土的本构模型,并可以对试验进行精度较高的预测。
 参考文献:[1] 刘俊龙. 残积土工程特性的试验分析. 工程勘察,2005,(1):40-42,69 贵州省交通规划勘察设计研究院, 湖南大学. 贵州三-凯高速公路滑坡及高陡边坡支护加固形式调研报告,2007 唐业清, 李启民, 崔江余. 基坑工程事故分析与处理. 北京:中国建筑工业出版社,1999,20-31[4] 吴能森, 赵尘, 侯伟生. 花岗岩残积土的成因、分布及工程特性研究. 平顶山工学院学报,2004,13(4):1-4[5] Daehyeon Kim,Myung Sagong,Yonghee Lee. Effects of fine aggregate contenton the mechanical properties of the compacted decomposed granite soils.Construction and Building Materials,2005,(19):189-196 Lumb,E ne properties of decomposed granite.Geotechnique,1962,(12):226-243 Lumb,E The residual soils of Hong Kong.Geotechnique,1965,(15):180-194 Miura N.O,Hara S.Particle-crushing of a decomposed granite soil under shearstresses.Soil Found, 1979,19(3):1—14. Park BK. Study on geotechnical characteristics of decomposed granite soils(inKorean).J Korean Society Civil Eng,1973,21(4):83-96. Park BK,Lee MS.Shear characteristics of decomposed granite soils inKorean.Proc Korean Society Civil Eng,1996,(3):339-49