基于“可能湿陷变形”的黄土渠道地基湿陷性评价方法研究

Since the current improvement of loess canal foundation is based on the maximum collapse concept, this kind of improvement has caused much unnecessary cost. In order to solve this problem, this proposal provides a possible collapse concept to assess the collapse of loess canal foundation. Firstly, a series of triaxial compression tests on loess will be conducted to find the mechanic behavior of loess . Thereby an analysis method for unsaturated loess mechanics will be formed to further construct a numerical modelling analysis method. Secondly, a series of centrifugal modelling tests and in-situ immersion tests will be conducted to study the foundation deformation characteristics of loess canal foundation and the characteristics of possible collapse deformation. At last, comparison and analysis will be made among numerical modelling analysis, centrifugal modelling tests and in-situ immersion tests to propose an assessment method of loess canal foundation collapse based on possible collapse concept for the purpose of application in practice. It is expected that the research result will enrich contents of unsaturated soils mechanics and provide a better and suitable method and base for collapsibility assessment of loess canal foundation, and make the construction safe, economy and reasonable.

黄土渠道地基目前仍然采用"最大湿陷变形"的加固思想，使得许多黄土渠道工程造成不必要的浪费。针对这一问题，本申请拟建立基于"可能湿陷变形"的黄土渠道地基湿陷性评价方法。首先通过室内三轴试验研究黄土的增湿变形规律，建立非饱和黄土增湿变形本构模型，并形成相应的数值分析方法；其次，通过离心模拟试验研究黄土渠道地基变形特点，分析黄土渠道地基的"可能湿陷变形"规律；再次，通过开展现场浸水试验，测定渠道地基的增湿变形过程和"可能湿陷变形"量和分布；最后，通过数值计算与物理试验、现场试验的分析比较，建立基于"可能湿陷变形"的黄土渠道地基湿陷性评价方法，并应用于工程实际。预期成果将从理论上极大丰富非饱和土力学的内容,从应用上为黄土渠道地基湿陷性评价和处理提供新的方法和依据，使工程建设更加安全、经济和合理。

在黄土渠道地基湿陷性评价和工程处理领域，目前仍采用“最大湿陷变形”的思想，这与工程实际有较大差距。该项目根据这一问题，开展了基于“可能湿陷变形”的黄土渠道地基湿陷性评价方法研究。.（1）开展了原状黄土增湿变形本构模型研究。采用“增湿水平”作为变量来描述土体的湿度状态；以新疆伊犁黄土为对象，开展了侧限条件下的分级浸水试验，建立了侧限条件下黄土增湿变形本构模型、土水特征曲线模型以及静止土压力系数公式；以陕西张桥黄土为对象，开展了三轴等应力比条件下的分级浸水试验，建立了三轴应力条件下黄土增湿变形本构模型。.（2）进行了黄土地基增湿变形离心模型试验研究。对伊犁某黄土地基开展了饱和度为40%、60%和饱和3组离心模型试验，模拟了黄土地基增湿变形规律；以黄土地区修正系数 为桥梁，提出了一个基于离心模型试验的黄土湿陷试验新方法，并得到现场浸水试验的验证。.（3）开展了黄土地基现场浸水试验。对伊犁某黄土渠道地基，进行了现场浸水试验，得到了变形场和湿度场，揭示了该场地浸水过程的湿陷变形规律。.（4）提出了黄土渠道地基湿陷性评价新方法。根据渠道工程特点，采用非饱和土渗透理论和本文建立的本构模型，以“可能湿陷变形”设计思想，提出了渠道地基湿陷等级划分标准、渠道重要性类别划分标准以及 “可能湿陷变形”的黄土渠基湿陷性评价方法，并以新疆伊犁某大型引水渠道工程为例进行了应用，结果较为合理可行。.提出的黄土增湿变形本构模型使基于“可能湿陷变形”的黄土渠道地基湿陷性评价方法成为可能；提出的基于离心模型试验的黄土湿陷试验新方法克服了室内试验方法大部分情况很难反映工程实际，现场浸水试验周期长，费用昂贵的缺点，以及弥补了新疆伊犁地区没有湿陷地区修正系数β_0的确定值现象；提出的基于 “可能湿陷变形”的黄土渠道地基湿陷性评价方法，具有既符合渠道工程实际，又可以充分考虑渠道工程防渗层作用的优势，弥补了现有规范的缺陷。