【摘 要】
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泥岩作为分布广泛的典型软岩,其遇水强度弱化和变形膨胀的水敏特性一直危害着含有泥岩夹层的边坡等岩土工程。为全面认识泥岩的水敏性特征,揭示其对边坡稳定性的影响,本文从基本性质、强度特性、矿物成分和孔隙结构等方面对泥岩的水敏性进行了研究,揭示了降雨作用下含泥岩弱层边坡稳定性的变化规律。本文主要成果如下:（1）通过室内试验测定了泥岩的自由膨胀率、液限、塑限和饱和渗透系数等基本物理性质。揭示了试验泥岩的膨胀
【基金项目】
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国家重点研发计划项目（2016YFC0501100）； 国家自然科学基金青年基金项目（51804298）；
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泥岩作为分布广泛的典型软岩,其遇水强度弱化和变形膨胀的水敏特性一直危害着含有泥岩夹层的边坡等岩土工程。为全面认识泥岩的水敏性特征,揭示其对边坡稳定性的影响,本文从基本性质、强度特性、矿物成分和孔隙结构等方面对泥岩的水敏性进行了研究,揭示了降雨作用下含泥岩弱层边坡稳定性的变化规律。本文主要成果如下:（1）通过室内试验测定了泥岩的自由膨胀率、液限、塑限和饱和渗透系数等基本物理性质。揭示了试验泥岩的膨胀性较强、渗透性较差的物理特征;（2）借助GDS三轴试验系统对预固结的饱和重塑泥岩试样进行了三轴剪切试验。结果表明不同围压下的饱和重塑泥岩试样均发生了明显的剪胀破坏,其偏应力和孔隙水压力随轴向应变增大的变化曲线可划分为快速线性增长、增长放缓和趋于稳定三个阶段,且偏应力峰值、孔隙水压力峰值与围压均呈线性正相关。基于Mohr-Coulomb强度理论和有效应力原理绘制了泥岩试样的Mohr-Coulomb破坏包络线,获得了试验泥岩的有效黏聚力和有效内摩擦角;（3）采用滤纸法量测了非饱和泥岩的基质吸力和总吸力。在普通坐标系中,泥岩基质吸力及总吸力与含水率的关系曲线可划分为吸力骤降、速率降低和吸力稳定三个阶段。在单对数坐标系中,随着基质吸力及总吸力的增长,泥岩的体积含水率均先快速降低后缓慢减小。根据Logistic曲线方程拟合了试验泥岩的土—水特征曲线并求取了土—水特征曲线特征值。采用Gardner模型、Van Genuchten模型以及Fredlund＆Xing模型三种典型土—水特征曲线模型对泥岩的基质吸力试验数据进行了拟合,获得了各模型拟合参数并比对了不同模型的拟合效果。其中Fredlund＆Xing模型对试验泥岩的土—水特征曲线拟合效果较好,更适于试验泥岩土—水特征曲线的拟合和预测;（4）通过X射线衍射试验获得了泥岩的矿物组成和黏土矿物含量。试验泥岩的矿物组成以黏土矿物和石英为主,黏土矿物含量占比达到了47.5%,主要为伊蒙混层、高岭石和伊利石。采用压汞试验研究了泥岩的微观孔隙结构。泥岩中的黏土矿物遇水膨胀后会挤压团聚体内的孔隙空间,使得泥岩内部的中孔隙收缩为小孔隙,且总孔隙含量也会随之下降。含水率的变化会改变泥岩孔隙结构的复杂性与孔壁粗糙度。含水率越高,泥岩内部的孔隙结构越简单,孔隙表面越光滑,进而引起了泥岩渗透性增大、强度降低等物理力学特性的变化;（5）以胜利一号露天煤矿工作帮边坡为工程背景,借助COMSOL Multiphysics软件实现了边坡应力场与渗流场的耦合并对不同降雨条件下边坡模型的稳定性进行了数值计算,分析了降雨过程中边坡饱和度、位移变形和安全系数的变化,揭示了降雨作用下含泥岩弱层边坡稳定性的变化规律。该论文有图48幅,表13个,参考文献111篇。
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