膨胀土边坡工程学

本书系统阐述膨胀土的地质成因、矿物成分和膨胀等级的划分方法，论述膨胀土的强度特性、胀缩性和裂隙性；基于膨胀土孔隙表面的分形模型，揭示膨胀土的水力作用机理，建立膨胀土的广义有效应力和膨胀变形理论；探究胀缩裂隙控制的膨胀土边坡浅层失稳机制和软弱夹层控制的膨胀土边坡深层失稳机制，提出膨胀土边坡两种失稳机制的稳定性评价方法；建立膨胀土的朗肯土压力理论，提出了膨胀土边坡的新型防护技术：分隔防护技术、减压支挡技术和超前稳固技术，形成了膨胀土边坡防护的土袋防护技术、加筋土覆盖技术、复合防排水技术、EPS减压挡土墙技术、抗滑桩技术、锚固技术、桩板墙技术和生态防护技术理论体系，建成新型防护技术的标准化应用示范工程；对膨胀土边坡防护工程的健康诊断方法、膨胀土滑坡的早期识别方法以及膨胀土边坡变形的北斗实时监测技术进行系统研究。 本书可供从事防灾减灾工程、地质环境工程、岩土工程的科研、教学、工程技术、管理技术人员参考阅读，也可作为工程技术和管理技术人员设计、施工、抢险的指导书。

绪论11 膨胀土的地质成因与判别方法51.1 膨胀土的成因与成分51.1.1 膨胀土分布的分带性51.1.2 膨胀土的地质成因51.1.3 膨胀土的矿物成分71.2 膨胀土的结构模型151.2.1 颗粒分布161.2.2 孔隙分布181.2.3 孔隙表面分维201.3 膨胀土的判别与等级划分231.3.1 判别指标231.3.2 判别方法291.3.3 等级划分292 膨胀土孔隙水的分布形态322.1 核磁共振的基本概念322.1.1 弛豫时间322.1.2 弛豫机制322.2 土-水作用332.2.1 盐溶液的影响352.2.2 温度的影响382.3 孔隙水的状态432.3.1 土-水特征曲线432.3.2 吸附水与毛细水的区分442.3.3 脱吸湿过程中水分分布453 膨胀土的强度特性483.1 无侧限抗压强度483.2 抗拉强度493.2.1 抗拉强度理论493.2.2 拉伸试验类型513.2.3 一轴拉伸试验523.3 剪切强度573.3.1 直剪试验573.3.2 非饱和土剪切强度理论594 膨胀土的胀缩特性644.1 膨胀变形644.1.1 膨胀变形机理644.1.2 扩散双电层理论654.1.3 分形吸附理论704.2 收缩变形794.2.1 收缩变形试验794.2.2 收缩特性曲线方程814.2.3 收缩特性曲线的分形模型845 膨胀土的裂隙特性875.1 裂隙发育机理875.2 胀缩裂隙发育规律905.2.1 裂隙率905.2.2 裂隙尺寸915.2.3 裂隙的分维925.2.4 引江济淮膨胀土的裂隙特性935.3 裂隙性膨胀土的剪切强度995.3.1 裂隙土的强度组成995.3.2 裂隙土强度的尺寸效应1005.3.3 裂隙土的剪切强度理论1036 膨胀土的土压力理论1056.1 土压力的测试结果1056.1.1 索洛昌（1982）的测试结果1056.1.2 蒋世庭等（2011）的测试结果1066.1.3 模型试验结果1066.2 土压力的经验公式1076.2.1 Sudhindra和Moza（1988）的经验公式1076.2.2 Nelson等（2015）的经验公式1086.3 土压力理论1096.3.1 非饱和土的土压力理论1096.3.2 膨胀土的库仑土压力理论1126.3.3 膨胀土的朗肯土压力理论1157 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1197.1 模型试验1197.1.1 模型制作1197.1.2 仪器布设1207.1.3 试验结果分析1217.2 降雨-蒸发模拟1237.2.1 计算模型1237.2.2 计算参数1247.2.3 计算结果1257.3 裂隙发育模拟1277.3.1 胀缩变形模拟1277.3.2 离散元接触模型1277.3.3 计算参数1287.3.4 计算结果1297.4 边坡稳定性的计算方法1307.4.1 计算参数1317.4.2 计算结果1327.5 稳定性分析方法比较1368 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1418.1 模拟方法1418.1.1 计算模型1418.1.2 本构理论1428.1.3 计算参数1458.2 边坡失稳机制1468.2.1 位移1468.2.2 应力1488.2.3 塑性区1518.2.4 稳定性系数1538.3 最优坡角1558.3.1 位移1558.3.2 应力1578.3.3 塑性区1588.3.4 稳定性系数1609 膨胀土滑坡和工程边坡新型防治技术1629.1 失稳特征1629.1.1 浅层性1629.1.2 牵引性1649.1.3 平缓性1659.1.4 反复性1669.1.5 成群性1669.1.6 方向性1669.1.7 季节性1669.2 新型防治技术1679.2.1 分隔防护技术1689.2.2 减压支挡技术1709.2.3 超前稳固技术17110 膨胀土边坡的土袋防护技术17410.1 增强机理17410.1.1 土袋的抗压强度17410.1.2 土袋间的摩擦角17710.1.3 土袋地基承载力18110.2 护坡设计18310.2.1 设计方法18310.2.2 标准化技术18510.3 护坡施工18610.3.1 施工准备18610.3.2 施工工艺18710.4 应用示范工程18810.4.1 南京绕越高速公路膨胀土路堑边坡防护工程18810.4.2 广西崇爱高速公路膨胀土路堑边坡防护工程19211 膨胀土边坡的加筋土覆盖技术20011.1 加筋模型试验20011.1.1 土性试验20011.1.2 模型制作20011.1.3 试验结果分析20411.2 数值模拟21011.2.1 计算模型21011.2.2 计算参数21111.2.3 计算结果分析21111.3 应用示范工程21911.3.1 工程概况21911.3.2 施工工艺21911.3.3 施工监测22212 膨胀土边坡的复合防排水结构22512.1 毛细阻滞效应22512.2 渗流分析22612.2.1 计算模型22612.2.2 计算参数22712.2.3 边界条件22812.2.4 复合防排水结构的影响22812.2.5 复合防排水结构形式的影响23212.2.6 影响因素分析23512.3 模型试验24112.3.1 模型箱设计24112.3.2 回填与压实24212.3.3 监测元件布置24312.3.4 试验结果分析24512.4 应用示范工程24712.4.1 工程概况24712.4.2 设计方案24812.4.3 施工流程24912.4.4 施工监测25013 土工泡沫（EPS）减压挡土墙技术25513.1 无侧限抗压强度25513.2 应力历史的影响25613.2.1 试验方案25613.2.2 试验结果分析25813.3 减压性能26413.3.1 试验方案26413.3.2 试验结果分析26413.4 土压力分布26513.4.1 模型试验26513.4.2 试验结果分析26713.5 设计方法27013.5.1 减压机理27013.5.2 土压力公式27113.5.3 EPS板选择27113.6 应用示范工程27213.6.1 工程概况27213.6.2 监测元件埋设27313.6.3 监测结果分析27414 膨胀土边坡支挡的抗滑桩技术27614.1 门式抗滑桩27614.1.1 设计方法27614.1.2 应用示范工程27914.2 双排抗滑桩29314.2.1 概述29314.2.2 设计方法29314.2.3 应用示范工程29615 膨胀土边坡的锚固技术30515.1 锚固技术30515.1.1 注浆锚杆30515.1.2 扩大头锚杆30515.1.3 伞型锚30615.2 设计方法30815.2.1 稳定性分析30815.2.2 锚固力确定30815.2.3 连接杆体横截面面积确定30915.3 锚固施工30915.4 应用示范工程31215.4.1 临时加固工程31215.4.2 永久修复工程31716 膨胀土边坡防护的桩板墙技术32216.1 数值模拟32216.1.1 数值模型32216.1.2 模型验证32316.1.3 参数分析32416.2 标准化设计33016.2.1 悬臂段长度33016.2.2 悬臂段桩身内力计算33116.2.3 嵌固段长度33316.2.4 桩径及桩间距33416.2.5 桩板墙构造形式33516.2.6 减压层设计及膨胀土边坡设计33716.3 施工工法33716.3.1 成桩方法33716.3.2 工艺流程33716.4 应用示范工程34116.4.1 工程概况34116.4.2 加固方法34116.4.3 监测内容34216.4.4 监测结果分析34317 膨胀土边坡的生态防护技术34717.1 植物选型34717.1.1 植物选型原则34717.1.2 植物类型推荐34717.2 根系加筋作用35517.2.1 加筋机理35517.2.2 加筋力学模型35617.2.3 加筋效果分析35717.3 根系锚固作用35917.3.1 锚固机理35917.3.2 锚固力学模型36017.3.3 锚固效果分析36017.4 根系蒸腾作用36417.4.1 植物蒸腾作用36417.4.2 根系吸水模型36517.4.3 蒸腾效应分析36617.5 根系土剪切强度37117.5.1 根系的拉伸强度37117.5.2 根系土的强度37417.5.3 根系土剪切强度计算方法37817.6 根系土膨胀特性38017.7 应用示范工程38117.7.1 工程概况38117.7.2 生态防护设计38118 膨胀土边坡防护工程的健康诊断方法38418.1 病害类型38418.1.1 坡面防护及排水工程38418.1.2 挡土墙工程38418.2 健康诊断指标38518.3 健康诊断方法38918.3.1 改进的层次分析法38918.3.2 正交试验方法39218.3.3 聚类分析方法39518.4 应用示范工程39918.4.1 二分k-means诊断结果39918.4.2 高斯混合聚类方法的诊断结果40018.4.3 模糊层次分析法的诊断结果40118.4.4 健康诊断结果验证40119 膨胀土滑坡隐患识别与北斗实时监测技术40419.1 膨胀土滑坡隐患识别技术40419.1.1 合成孔径雷达干涉测量40419.1.2 膨胀土边坡隐患识别技术40719.1.3 南水北调中线工程膨胀土边坡隐患识别40919.2 北斗/GNSS实时监测技术41619.2.1 普适性北斗/GNSS监测设备41619.2.2 北斗/GNSS实时监测技术及原理41719.2.3 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