膨胀土定向组合裂隙面强度特性及其对开挖边坡稳定性影响

膨胀土边坡的失稳往往沿着裂隙面产生，裂隙面的强度直接控制着开挖膨胀土边坡的稳定性。目前关于裂隙面对膨胀土开挖边坡稳定性影响的研究较少，有关膨胀土裂隙面强度特性在试验手段和理论上需要改进，对于其强度特性的影响因素缺乏定量研究。针对典型膨胀土地区的定向组合裂隙面，采用CT扫描和室内三轴试验，通过裂隙面产状和裂隙面上的破坏应力的精确测量和获取，提出裂隙面的三轴试验标准和确定方法；同时借助激光切割技术研究不同充填物、产状和厚度的裂隙面的强度特性；在此基础上通过离心模型试验，研究不同埋深、倾角以及组合形式的裂隙对膨胀土开挖边坡的影响。以上研究成果将对膨胀土开挖边坡处理提供理论依据。

裂隙性是膨胀土的基本特性之一，膨胀土土体内部存在着裂隙面和软弱结构面，裂隙面和软弱结构面的结构特性和组合形式直接决定着膨胀土开挖边坡的稳定。其分布范围、间距、倾斜度、排列方向、形状和裂隙面的粗糙程度、起伏程度、裂隙间完整土块的性质等因素都对边坡的稳定产生影响。研究膨胀土定向组合裂隙面强度特性及其对开挖边坡稳定性影响，具有重要的学术价值和工程实际意义。. 选取南水北调中线工程南阳段膨胀土进行裂隙面强度特性试验，将CT技术引入裂隙面强度试验，通过测量裂隙面的真实产状，准确分析裂隙面上的破坏应力，提出了膨胀土裂隙面三轴试验强度参数确定的新方法。试验结果表明南阳膨胀土灰白色黏土填充裂隙面的峰值强度不仅远远小于两侧膨胀土的峰值强度，而且也小于两侧膨胀土的残余强度。裂隙面强度较低的原因主要是其具有较高的含水率、蒙脱石含量以及高度定向的颗粒排列结构。通过人工模拟裂隙的方法，研究了裂隙厚度以及主应力方向与裂隙面的夹角对南阳段膨胀土强度的影响。试验结果表明：主应力方向与裂隙面的夹角和厚度对膨胀土的抗剪强度参数c、φ 有影响，都随夹角或厚度的增大而减小。.裂隙产状控制的边坡破坏模式得出的滑弧是折线型，这与与现场观测到滑坡的破坏形态基本一致，并且单条短小裂隙对渠道边坡的稳定性影响很小，在其他条件相同的情况下，裂隙贯通率越大安全系数越小。随着贯通率的增加，模型试验边坡破坏时需要的离心加速度逐渐减小，表明从坡顶沿着一定倾角的裂隙的贯通率越大，边坡容易发生破坏，稳定性越差；当30°倾角裂隙从坡顶向下的贯通率为33.33%时，模型边坡在离心加速度达到100g没有发生破坏；当30°倾角裂隙从坡顶向下的贯通率为100%时，模型边坡在离心加速度仅达到69g时就发生了明显的破坏。. 本项目的研究成果有助于深入理解裂隙性膨胀土边坡的破坏机制，为膨胀土地区的边坡稳定计算、设计及防护措施提供技术支持。