酸雨入渗下膨胀土性能劣化机理及对边坡稳定性影响研究

1绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3现有研究的不足

1.4研究内容、技术路线与创刨新点

2现场调研与酸雨入渗条件模拟

2.1现场取样与土性分析

2.2酸雨状况调研及酸雨溶液制备2.3酸雨干湿循环模拟

2.4本章小结

3酸雨干湿循环对膨胀土胀缩变形特性的影响3.1原状土试验内容与方案

3.2试验结果与分析

3.3本章小结

4酸雨干湿循环对膨胀土抗剪强度的影响

4.1试验内容与方案

4.2试验结果与分析

4.3本章小结

5酸雨干湿循环对膨胀土裂隙性的影响5.1表观裂隙观测试验

5.2试验结果与分析

5.3本章小结

6酸雨干湿循环作用下膨胀土微、细观结构及矿物成分演变规律6.1试验内容与方案

6.2试验结果与分析

6.3本章小结

7酸雨入渗条件下膨胀土水-土化学试验7.1循环饱水化学试验

7.2试验结果与分析

7.3膨胀土水-土化学作用的反向模拟7.4本章小结

8酸雨干湿循环作用下膨胀土基本性能的劣化机理8.1矿物与胶结物质演变机理

8.2叠聚体微结构及细观结构演变机理

8.3膨胀土基本性能的劣化机理

8.4本章小结

9酸雨入渗干湿循环作用下膨胀土边坡稳定性分析9.1 FLAC7.0程序简介

9.2酸雨入渗干湿循环作用下多场耦合数值分析方法9.3酸雨人渗干湿循环对膨胀土边坡稳定性的影响9.4本章小结

10研究主要工作结论

11下一步研究工作计划及实施方案11.1研究背景

11.2主要研究内容

11.3实施方案

参考文献

1绪论

1.1研究背景与意义

随着中国经济建设快速发展，煤和化石燃料等用量的急剧增加，我国大气环境问题日趋严重，已成为世界第三大酸雨区[1-4]。《2020中国生态环境状况公报》报道，全国的酸雨区面积约46.6万平方千米，分布有膨胀土的四川、河南、广西、湖北、安徽及江苏等省(自治区)部分地区不同程度遭受酸雨污染[]。有数据显示，湖北落酸雨的频率达69.5%6];安徽以合肥最严重，酸雨频率高达86.6%7;广西全区降雨pH最小的一次为2.32，出现在百色，该地区酸雨频率达67.2%18]

众所周知，雨水人渗是边坡滑坍的重要肇因。而有别于传统滑坡触发因素一孔隙水渗流作用，酸雨人渗的影响更为显著，其致灾机理还与土体的化学成分及微结构改变密切相关(9。研究发现酸雨能使非膨胀性黏土矿物转化为蒙脱石，造成坍滑面土体抗剪强度降低[1011)。同时，酸雨人渗后土壤中阳离子及胶结物质快速溶蚀，土颗粒间斥力减小，土体的压缩性和膨胀性将明显增大(12-13]。此外，受酸雨侵蚀作用后岩土体的微结构排列趋于紊乱，结构松散，内部孔隙增大，将加剧岩土体的劣化损伤[14-16]。由此可知，酸雨区边坡滑坍不仅受土岩结构及基本性质影响，还与所处的水化学环境密切相关。

膨胀土是富含蒙脱石等强亲水性黏土矿物的特殊土，其显著的强胀缩、多裂隙及超固结三大特性，常给工程建设带来严重灾害，其在我国的广西、河南、湖北、云南等地广为分布。大气干湿循环作用将加剧膨胀土基本物理力学性能的劣化，为此，杨和平等[17]创造性地采用土工格栅柔性支护技术和膨胀土物理处治技术分别对膨胀土路堑边坡及膨胀土路堤的坍滑病害进行了有效处治。

此外，肖杰18进一步研究发现，膨胀土堑坡坍滑呈浅层性特征，在反复干湿循环作用下，表层土体抗剪强度不断衰减，且越往表层，强度衰减的程度越大，在长久千早后遇降雨特别是强降雨时膨胀土边坡极易发生浅层坍滑破坏(图1.1)。

广西百色既是著名膨胀土分布区，也是酸雨重灾区。大气干湿循环常造成膨胀土坡浅表层裂隙纵横交错，为酸雨人渗提供便捷通道。降落的酸雨先沿裂隙进人坡体，随降雨历时增长，土体吸湿膨胀，裂隙逐渐闭合，而裂隙深处无裂膨胀土几乎不透水，导致雨水滞留，浅层土体长期处于酸性环境。据已有研究[10-1]，酸雨使土的抗剪强度明显降低，诱发滑坡。因此，酸雨对膨胀土堑坡浅表层土体基本性能及边坡稳定性的影响不可小视。值得注意的是，现行《公路土工试验规程》(JTG E40)规定膨胀土基本性质试验均在中性水环境中进行，且以往个别学者(14]开展的膨胀土相关试验研究也未考虑酸雨与……

本书为关于膨胀土性能研究的学术著作。全书以百色膨胀土为对象，从调研该区酸雨状况及影响表层膨胀土深度入手，计及酸雨与干湿循环共同作用，系统开展百色土的胀缩、强度及裂隙特性试验研究；采用微、细观分析手段，探究其结构与矿物成分演变规律；模拟酸雨入渗开展水-土化学试验，弄清其反应原理与基本性能劣化机理；最后，基于试验测试结果开展百色膨胀土坡浅层破坏分析，揭示两者综合作用对边坡稳定性的影响。书稿同时考虑了酸雨与干湿循环两种作用对膨胀土浅层边坡的影响，针对典型地区的特殊地质土作了原状土样试验对比研究，最终得出膨胀土在这两种因素作用下的稳定性变化机理。其研究结论对该地区和类似工程性质地区的公路、铁路的边坡防治具有一定的参考指导作用。