包邮膨胀土边坡工程学

绪论 1 1 膨胀土的地质成因与判别方法 5 1.1 膨胀土的成因与成分 5 1.1.1 膨胀土分布的分带性 5 1.1.2 膨胀土的地质成因 5 1.1.3 膨胀土的矿物成分 7 1.2 膨胀土的结构模型 15 1.2.1 颗粒分布 16 1.2.2 孔隙分布 18 1.2.3 孔隙表面分维 20 1.3 膨胀土的判别与等级划分 23 1.3.1 判别指标 23 1.3.2 判别方法 29 1.3.3 等级划分 29 2 膨胀土孔隙水的分布形态 32 2.1 核磁共振的基本概念 32 2.1.1 弛豫时间 32 2.1.2 弛豫机制 32 2.2 土-水作用 33 2.2.1 盐溶液的影响 35 2.2.2 温度的影响 38 2.3 孔隙水的状态 43 2.3.1 土-水特征曲线 43 2.3.2 吸附水与毛细水的区分 44 2.3.3 脱吸湿过程中水分分布 45 3 膨胀土的强度特性 48 3.1 无侧限抗压强度 48 3.2 抗拉强度 49 3.2.1 抗拉强度理论 49 3.2.2 拉伸试验类型 51 3.2.3 一轴拉伸试验 52 3.3 剪切强度 57 3.3.1 直剪试验 57 3.3.2 非饱和土剪切强度理论 59 4 膨胀土的胀缩特性 64 4.1 膨胀变形 64 4.1.1 膨胀变形机理 64 4.1.2 扩散双电层理论 65 4.1.3 分形吸附理论 70 4.2 收缩变形 79 4.2.1 收缩变形试验 79 4.2.2 收缩特性曲线方程 81 4.2.3 收缩特性曲线的分形模型 84 5 膨胀土的裂隙特性 87 5.1 裂隙发育机理 87 5.2 胀缩裂隙发育规律 90 5.2.1 裂隙率 90 5.2.2 裂隙尺寸 91 5.2.3 裂隙的分维 92 5.2.4 引江济淮膨胀土的裂隙特性 93 5.3 裂隙性膨胀土的剪切强度 99 5.3.1 裂隙土的强度组成 99 5.3.2 裂隙土强度的尺寸效应 100 5.3.3 裂隙土的剪切强度理论 103 6 膨胀土的土压力理论 105 6.1 土压力的测试结果 105 6.1.1 索洛昌(1982)的测试结果 105 6.1.2 蒋世庭等(2011)的测试结果 106 6.1.3 模型试验结果 106 6.2 土压力的经验公式 107 6.2.1 Sudhindra和Moza(1988)的经验公式 107 6.2.2 Nelson等(2015)的经验公式 108 6.3 土压力理论 109 6.3.1 非饱和土的土压力理论 109 6.3.2 膨胀土的库仑土压力理论 112 6.3.3 膨胀土的朗肯土压力理论 115 7 胀缩裂隙控制的膨胀土边坡浅层失稳机制及其稳定性分析方法 119 7.1 模型试验 119 7.1.1 模型制作 119 7.1.2 仪器布设 120 7.1.3 试验结果分析 121 7.2 降雨-蒸发模拟 123 7.2.1 计算模型 123 7.2.2 计算参数 124 7.2.3 计算结果 125 7.3 裂隙发育模拟 127 7.3.1 胀缩变形模拟 127 7.3.2 离散元接触模型 127 7.3.3 计算参数 128 7.3.4 计算结果 129 7.4 边坡稳定性的计算方法 130 7.4.1 计算参数 131 7.4.2 计算结果 132 7.5 稳定性分析方法比较 136 8 软弱夹层控制的膨胀土边坡深层失稳机制及其稳定性评价方法 141 8.1 模拟方法 141 8.1.1 计算模型 141 8.1.2 本构理论 142 8.1.3 计算参数 145 8.2 边坡失稳机制 146 8.2.1 位移 146 8.2.2 应力 148 8.2.3 塑性区 151 8.2.4 稳定性系数 153 8.3 *优坡角 155 8.3.1 位移 155 8.3.2 应力 157 8.3.3 塑性区 158 8.3.4 稳定性系数 160 9 膨胀土滑坡和工程边坡新型防治技术 162 9.1 失稳特征 162 9.1.1 浅层性 162 9.1.2 牵引性 164 9.1.3 平缓性 165 9.1.4 反复性 166 9.1.5 成群性 166 9.1.6 方向性 166 9.1.7 季节性 166 9.2 新型防治技术 167 9.2.1 分隔防护技术 168 9.2.2 减压支挡技术 170 9.2.3 超前稳固技术 171 10 膨胀土边坡的土袋防护技术 174 10.1 增强机理 174 10.1.1 土袋的抗压强度 174 10.1.2 土袋间的摩擦角 177 10.1.3 土袋地基承载力 181 10.2 护坡设计 183 10.2.1 设计方法 183 10.2.2 标准化技术 185 10.3 护坡施工 186 10.3.1 施工准备 186 10.3.2 施工工艺 187 10.4 应用示范工程 188 10.4.1 南京绕越高速公路膨胀土路堑边坡防护工程 188 10.4.2 广西崇爱高速公路膨胀土路堑边坡防护工程 192 11 膨胀土边坡的加筋土覆盖技术 200 11.1 加筋模型试验 200 11.1.1 土性试验 200 11.1.2 模型制作 200 11.1.3 试验结果分析 204 11.2 数值模拟 210 11.2.1 计算模型 210 11.2.2 计算参数 211 11.2.3 计算结果分析 211 11.3 应用示范工程 219 11.3.1 工程概况 219 11.3.2 施工工艺 219 11.3.3 施工监测 222 12 膨胀土边坡的复合防排水结构 225 12.1 毛细阻滞效应 225 12.2 渗流分析 226 12.2.1 计算模型 226 12.2.2 计算参数 227 12.2.3 边界条件 228 12.2.4 复合防排水结构的影响 228 12.2.5 复合防排水结构形式的影响 232 12.2.6 影响因素分析 235 12.3 模型试验 241 12.3.1 模型箱设计 241 12.3.2 回填与压实 242 12.3.3 监测元件布置 243 12.3.4 试验结果分析 245 12.4 应用示范工程 247 12.4.1 工程概况 247 12.4.2 设计方案 248 12.4.3 施工流程 249 12.4.4 施工监测 250 13 土工泡沫(EPS)减压挡土墙技术 255 13.1 无侧限抗压强度 255 13.2 应力历史的影响 256 13.2.1 试验方案 256 13.2.2 试验结果分析 258 13.3 减压性能 264 13.3.1 试验方案 264 13.3.2 试验结果分析 264 13.4 土压力分布 265 13.4.1 模型试验 265 13.4.2 试验结果分析 267 13.5 设计方法 270 13.5.1 减压机理 270 13.5.2 土压力公式 271 13.5.3 EPS板选择 271 13.6 应用示范工程 272 13.6.1 工程概况 272 13.6.2 监测元件埋设 273 13.6.3 监测结果分析 274 14 膨胀土边坡支挡的抗滑桩技术 276 14.1 门式抗滑桩 276 14.1.1 设计方法 276 14.1.2 应用示范工程 279 14.2 双排抗滑桩 293 14.2.1 概述 293 14.2.2 设计方法 293 14.2.3 应用示范工程 296 15 膨胀土边坡的锚固技术 305 15.1 锚固技术 305 15.1.1 注浆锚杆 305 15.1.2 扩大头锚杆 305 15.1.3 伞型锚 306 15.2 设计方法 308 15.2.1 稳定性分析 308 15.2.2 锚固力确定 308 15.2.3 连接杆体横截面面积确定 309 15.3 锚固施工 309 15.4 应用示范工程 312 15.4.1 临时加固工程 312 15.4.2 永久修复工程 317 16 膨胀土边坡防护的桩板墙技术 322 16.1 数值模拟 322 16.1.1 数值模型 322 16.1.2 模型验证 323 16.1.3 参数分析 324 16.2 标准化设计 330 16.2.1 悬臂段长度 330 16.2.2 悬臂段桩身内力计算 331 16.2.3 嵌固段长度 333 16.2.4 桩径及桩间距 334 16.2.5 桩板墙构造形式 335 16.2.6 减压层设计及膨胀土边坡设计 337 16.3 施工工法 337 16.3.1 成桩方法 337 16.3.2 工艺流程 337 16.4 应用示范工程 341 16.4.1 工程概况 341 16.4.2 加固方法 341 16.4.3 监测内容 342 16.4.4 监测结果分析 343 17 膨胀土边坡的生态防护技术 347 17.1 植物选型 347 17.1.1 植物选型原则 347 17.1.2 植物类型推荐 347 17.2 根系加筋作用 355 17.2.1 加筋机理 355 17.2.2 加筋力学模型 356 17.2.3 加筋效果分析 357 17.3 根系锚固作用 359 17.3.1 锚固机理 359 17.3.2 锚固力学模型 360 17.3.3 锚固效果分析 360 17.4 根系蒸腾作用 364 17.4.1 植物蒸腾作用 364 17.4.2 根系吸水模型 365 17.4.3 蒸腾效应分析 366 17.5 根系土剪切强度 371 17.5.1 根系的拉伸强度 371 17.5.2 根系土的强度 374 17.5.3 根系土剪切强度计算方法 378 17.6 根系土膨胀特性 380 17.7 应用示范工程 381 17.7.1 工程概况 381 17.7.2 生态防护设计 381 18 膨胀土边坡防护工程的健康诊断方法 384 18.1 病害类型 384 18.1.1 坡面防护及排水工程 384 18.1.2 挡土墙工程 384 18.2 健康诊断指标 385 18.3 健康诊断方法 389 18.3.1 改进的层次分析法 389 18.3.2 正交试验方法 392 18.3.3 聚类分析方法 395 18.4 应用示范工程 399 18.4.1 二分k-means诊断结果 399 18.4.2 高斯混合聚类方法的诊断结果 400 18.4.3 模糊层次分析法的诊断结果 401 18.4.4 健康诊断结果验证 401 19 膨胀土滑坡隐患识别与北斗实时监测技术 404 19.1 膨胀土滑坡隐患识别技术 404 19.1.1 合成孔径雷达干涉测量 404 19.1.2 膨胀土边坡隐患识别技术 407 19.1.3 南水北调中线工程膨胀土边坡隐患识别 409 19.2 北斗/GNSS实时监测技术 416 19.2.1 普适性北斗/GNSS监测设备 416 19.2.2 北斗/GNSS实时监测技术及原理 417 19.2.3 广西宁明膨胀土边坡北斗/GNSS实时监测 419 参考文献 423 附录 现场病害调查表 429