膨胀土渠坡变形失稳机理和FRP螺旋锚、EPS稳定渠坡的试验研究

膨胀土渠坡因长期处于充分的水环境中，其稳定性问题比一般土坡更为严重和复杂。因此，应用非饱和土理论深入研究膨胀土渠坡的变形和失稳机理，探求稳定膨胀土渠坡的新方法，解决其中的科学问题，具有重要的意义。.本项目通过理论分析、室内试验与现场监测相结合的手段，研究膨胀土一维固结后浸水膨胀的应力应变关系和泡沫塑料减载与保温防渗特性，得到一维变形条件下膨胀土的本构模型、膨胀土基质吸力随温度变化的规律和基质吸力的温度修正关系；应用玻璃钢螺旋锚力学加固原理和泡沫塑料减小膨胀力、减小温度和含水量变化以保持基质吸力的原理，结合依托工程，采用泡沫塑料、玻璃钢螺旋锚和钢筋混凝土框架梁及板形成的膨胀土渠坡加固结构型式，观测加固后膨胀土渠坡的变形、玻璃钢螺旋锚的拉力、土坡浅层中基质吸力、含水量、温度和混凝土板衬砌下膨胀力的变化规律，并与本项目采用的其它三种膨胀土渠坡稳定措施进行比较，评价其效果，为工程应用提供科学依据。

膨胀土为非饱和状态，其土坡稳定性是各类土坡稳定性问题中的重点和难点。而膨胀土渠坡因长期处于充分的水环境中，其稳定性问题比一般土坡更为严重和复杂。因此，应用非饱和土理论深入研究非饱和土坡尤其是膨胀土渠坡的变形和失稳机理，探求稳定非饱和土坡的新方法，解决其中的科学问题，具有重要的意义。. 本项目通过理论分析、室内外试验和数值模拟相结合的手段，完成的研究工作和取得的成果如下：. （1）采用南水北调中线工程南阳膨胀土和新乡膨胀岩重塑试样，开展了一系列干湿循环后的强度试验和一维固结后的有荷浸水膨胀试验，获得了膨胀土的非线性强度特性和一维固结后有荷浸水膨胀的应力-应变关系；分别给出了考虑初始含水率、上覆压力双因素影响的膨胀率表达式和考虑初始干密度、上覆压力双因素影响的膨胀率表达式；分别控制净平均应力和基质吸力，进行了膨胀土固结后的吸水膨胀试验，得到膨胀变形与净平均应力和基质吸力间的关系，结果用于确定膨胀土的两个模量H和E；. （2）研究了考虑压实度、含水率和级配等因素影响时的非饱和土土水特征和温度变化对基质吸力的影响规律，获得了基质吸力的温度修正关系；. （3）提出了更为准确的脱湿路径下膨胀土体变修正方法；进一步以Fredlund-Xing模型和试验结果为基础，建立了能考虑膨胀土体积变化和初始孔隙比影响的SWCC模型，并结合前人的试验成果深入分析了初始孔隙比对模型参数的影响规律，探讨了反映含水率–吸力–孔隙比关系的土水特征曲面的特性；. （4）模拟非饱和土坡的慢速失稳破坏模式，进行了不同围压下控制吸力的固结排水三轴试验，获得了非饱和土的强度与变形特性及其强度与变形参数；在此基础上，采用基于变模量的弹塑性强度折减法，完成了降雨入渗条件下非饱和路堤变形与稳定的数值模拟分析；. （5）研究了不同密度和厚度泡沫塑料板（EPS)的减载与保温防渗特性，获得了EPS板厚度和密度对其压缩、蠕变特性、保温和吸水率的影响规律，给出了模型；. （6）改进完善前期研制的玻璃钢螺旋锚，推出了新一代玻璃钢（GFRP)螺旋锚的定型产品（专利公开号102605777A），并研制出了玻璃钢螺旋锚的专用下锚机；提出了玻璃钢螺旋锚稳定非饱和土成套技术，并成功应用于膨胀土渠道滑坡修复加固和铁路路基边坡加固，完成了土工膜、EPS/GFRP等用于渠坡稳定的数值模拟。