摘要: 水力特性是与粗粒土边坡稳定性有关的重要因素。现阶段与粗粒土水力特性相关的研究十分匮乏，其主要原因是缺乏适合用于大粒径粗粒土试验的相关设备。因此，粗粒土水力特性研究是岩土工程领域亟待解决的难题。 针对大粒径粗粒土水力特性研究过程中... 展开 水力特性是与粗粒土边坡稳定性有关的重要因素。现阶段与粗粒土水力特性相关的研究十分匮乏，其主要原因是缺乏适合用于大粒径粗粒土试验的相关设备。因此，粗粒土水力特性研究是岩土工程领域亟待解决的难题。 针对大粒径粗粒土水力特性研究过程中存在的难题，中科院武汉岩土所自主研发出大型非饱和三轴仪，本文借助该设备完成非饱和粗粒土水力特性初步探索，进一步探讨Arya-Paris模型和非相似介质模型预测土水特征曲线的适用性，最后采用数值模拟方法，分析外界因素对边坡渗流的影响。 论文的主要工作和研究成果如下: (1)本文通过对该仪器的调试，总结出针对大粒径粗粒土土水特征曲线试验的科学操作方法。该试验流程主要包括饱和陶土板、传感器清零、制样、饱和试样以及基质吸力平衡等五个步骤，并提出相应的操作要点。 (2)以某高铁地基填料为研究对象，借助该仪器开展针对不同细料含量的粗粒土的水力特性试验，分析细粒料含量对粗粒土土水力特性的影响，进一步阐明非饱和粗粒土渗透性的变化规律;研究表明，VG模型比BC模型更加适合于粗粒土土水特征曲线的拟合;细粒料含量的增加，导致拟合参数a逐渐减小，同时土水特征曲线过渡段随之趋于平缓。由此可见，细粒料含量的增加能够提高试样的进气值和持水性能。另外，粗粒土渗透性系数的变化与饱和度之间呈正相关，且细粒料含量越高，渗透系数随饱和度减小的趋势越大。 (3)分析Arya-Paris模型和非相似介质模型的适用性。研究表明，非相似介质模型的预测效果较差。Arya-Paris模型中，采用函数关系确定α取值的方式得到的预测结果与实测数据偏差较大。采用线性拟合法和非线性拟合法确定α值的方式得到的预测效果最好，但是这两种方式存在一定局限性。 当α取常数值时，细粒料含量越高，常数α最佳取值越大，分段建立常数α的最佳取值与不均匀系数Cu之间的函数关系，最终得到根据颗粒组成即可确定α取值的函数模型。 (4)基于Geo-studio软件对不同降雨强度和细粒料含量条件下的边坡进行渗流数值计算。研究表明，当降雨强度不同时，降雨时间越长雨水入渗深度越大;降雨强度大于土体饱和渗透性系数时，降雨结束后地表土体接近饱和;当降雨强度低于土体饱和渗透系数时，降雨结束后边坡表面土体通常尚未饱和。另外，降雨强度越大，相同监测点处的饱和度增加越快，即土体含水率的增加越快。 当降雨条件相同时，细粒料含量越低的边坡，雨水入渗深度越大;降雨结束后，细粒料含量越高的粗粒土边坡，其近地表土体的饱和度越高;降雨过程中，细粒料含量越高时坡脚处的孔隙水压力增加越慢。 收起