针对引江济淮工程渠道膨胀土中结构性裂隙导致的边坡失稳问题，采用现场地质调查、室内试验、模型试验、理论分析与数值模拟相结合的方法开展研究，探究了膨胀土各初始条件对膨胀力大小与各向异性的影响以及膨胀力与变形之间的关系规律，构建了含侧限情况下考虑湿胀效应的吸力一初始干密度一含水率的SWCC（The Soil Water Characteristic Curve）本构模型；基于相似理论，建立了含结构性裂隙的膨胀土边坡模型，根据降雨过程中模型表征、监测数据与试验结果，研究了吸湿条件下结构性裂隙对膨胀土边坡的位移以及含水率的影响，揭示了结构性裂隙对膨胀土边坡变形的控制作用与致灾机理；重点考虑膨胀土吸湿软化效应，通过子程序的二次开发，将修正Alonso模型嵌入有限元软件中，并结合土体吸湿膨胀模型，构建了膨胀土边坡渗流一变形半解耦有限元分析方法，揭示了结构性裂隙对膨胀土边坡失稳破坏的作用模式与控制机理。值此引江济淮一期工程完工一周年之际，将其膨胀土渠坡变形分析方法与破坏机理研究的点滴成果汇编成书，希望对中国膨胀土区域工程建设及运营维护有所裨益。

1 绪论
1.1 选题背景及研究意义
1.2 膨胀土工程特性研究现状
1.2.1 膨胀土膨胀潜势的判别与裂隙特性规律
1.2.2 膨胀土的胀缩变形规律
1.2.3 膨胀土的渗流特性规律
1.3 裂隙夹层对膨胀土边坡变形失稳控制作用及分析方法
1.3.1 膨胀土边坡的变形失稳机理
1.3.2 膨胀土边坡稳定性分析方法
1.4 研究内容与技术路线
1.4.1 研究内容
1.4.2 技术路线

2 吸湿膨胀试验规律分析
2.1 引言
2.2 膨胀土工程特性
2.2.1 膨胀土三相比例关系
2.2.2 膨胀土固体颗粒成分
2.2.3 膨胀土的水理性质试验
2.2.4 土体膨胀潜势等级判别
2.3 三向胀缩仪
2.3.1 三向胀缩仪原理
2.3.2 三向胀缩仪结构
2.3.3 三向胀缩仪改进
2.4 三向膨胀力及其影响因素
2.4.1 试验方法与方案
2.4.2 三向膨胀力时程曲线规律
2.4.3 竖向膨胀力时程曲线规律
2.4.4 竖向膨胀力与初始含水率的关系
2.4.5 竖向膨胀力与初始干密度的关系
2.5 膨胀土三向应力应变规律探讨
2.5.1 重塑膨胀土各向异性分析
2.5.2 Ro与初始干密度的关系
2.5.3 Ro与初始含水率的关系
2.5.4 控制竖向变形的三向膨胀力试验研究
2.5.5 控制侧向变形的水平膨胀力试验研究
2.6 一维与三维膨胀力对比研究
2.7 小结

3 非饱和膨胀土的水力特性及本构模型研究
3.1 引言
3.2 吸力测量技术与滤纸法介绍
3.2.1 吸力测量技术
3.2.2 滤纸法工作原理
3.2.3 滤纸法的准确性与精度
3.3 滤纸法试验
3.3.1 试验材料及仪器
3.3.2 试验步骤与方案
3.4 土水特征曲线及其影响因素
3.4.1 土水特征曲线
3.4.2 SWCC数学模型
3.4.3 SWCC模型拟合及参数分析
3.5 吸湿试验及其影响因素
3. 5.1 吸湿试验
3.5.2 孔隙比一饱和度曲线拟合及参数分析
3.6 膨胀土SWCC的本构方程构建
3.6.1 UN-EX模型的构建
3.6.2 吸湿膨胀方程
3.6.3 IRSM-SSI模型的构建
3.7 非饱和膨胀土的渗透系数研究
3.7.1 渗透系数模型及预测方法
3.7.2 饱和渗透系数试验与非饱和渗透系数的计算
3.8 小结

4 降雨入渗条件下含结构性裂隙的膨胀土边坡模型试验
4.1 引言
4.2 结构性裂隙的赋存状态
4.2.1 结构性裂隙的形态
4.2.2 裂隙充填物的物理力学性质
4.3 模型试验设计与传感器布设方案
4.3.1 模型试验设计方案
4.3.2 模型填筑过程与质量控制
4.3.3 传感器布设方案
4.3.4 降雨设备
4.4 试验过程控制
4.4.1 边坡状态
4.4.2 降雨条件
4.4.3 监测控制
4.5 边坡物理状态分析
4.5.1 蒸发作用下裂隙的发展
4.5.2 吸湿作用下裂隙的闭合
4.5.3 吸湿作用下土体的膨胀
4.5.4 地表径流与汇水
4.6 边坡含水率变化特征分析
4.6.1 边坡含水率时程曲线
4.6.2 降雨量不同时边坡含水率空间变化规律
4.6.3 边坡软弱夹层含水率变化分析
4.7 边坡湿胀变形特征及演化规律
4.7.1 边坡表层湿胀变形演化规律分析
4.7.2 边坡深部湿胀变形演化规律分析
4.7.3 边坡软弱夹层湿胀变形演化规律分析
4.8 边坡含水率与变形耦合作用规律分析
4.8.1 边坡表层含水率与变形耦合作用规律分析
4.8.2 边坡软弱夹层含水率与变形耦合作用规律分析
4.9 结构性裂隙作用下膨胀土边坡失稳机理
4. 10小结

5 考虑湿胀软化效应的膨胀土边坡有限元分析方法
5.1 引言
5.2 基于修正Alonso非饱和土弹塑性本构模型的数值实现
5.2.1 修正剑桥模型与Alonso模型
5.2.2 修正Alonso模型的二次开发
5.2.3 数值验证
5.3 模拟膨胀的有限元方法
5.3.1 热分析模块原理及数值二次开发
5.3.2 膨胀率试验及膨胀系数
5.3.3 膨胀有限元方法的数值验证
5.4 小结

6 含结构性裂隙的膨胀土边坡渗流一变形数值模拟
6.1 引言
6.2 考虑湿胀软化效应的均质膨胀土边坡渗流一变形数值模拟
6.2.1 Abaqus流固耦合分析原理
6.2.2 计算模型
6.2.3 模型边界条件及物理力学参数
6.2.4 边坡渗流分析
6.2.5 边坡变形分析
6.2.6 膨胀因素对边坡变形的影响
6.3 含结构性裂隙的膨胀土边坡渗流一变形数值模拟
6.3.1 工况及模型设置
6.3.2 模型计算参数
6.3.3 边坡渗流分析
6.3.4 结构性裂隙赋存角度对膨胀土边坡的变形影响分析
6.4 渗流作用对膨胀土边坡变形的作用机理分析
6.5 小结

7 结论与展望
7.1 主要结论
7.2 主要创新点
7.3 展望
参考文献