膨胀土属于高液限特殊粘土,具有典型的胀缩性、超固结性、多裂隙性。膨胀土边坡的变形与破坏机理与一般土边坡有明显差异,具有典型的浅层性、渐进性和缓坡滑动特征,其破坏主要受大气长期干-湿循环作用、降雨入渗等外在因素影响,对工程建设的危害往往具有多发性、反复性和长期潜在性等特点。南水北调中线工程有约380公里长的总干渠通过膨胀岩土地段,设计考虑采用高性能塑料土工格栅加筋处理,来抑制膨胀土渠坡的变形与破坏。土工格栅在砂土、一般性粘土及颗粒较大的碎石土等加筋结构中的应用很普遍,但在膨胀土中的使用国内外并不多见,对于土工格栅与膨胀土的作用特性及会有怎样的加固效果尚缺乏研究。为了探讨南水北调中线工程膨胀土处理采用土工格栅加筋方案的可行性,开展了土工格栅膨胀土加筋的研究工作。主要的研究内容,是采用拉拔试验研究格栅与膨胀土界面的相互作用特性,基于试验结果采用FLAC3D程序通过数值计算对加筋膨胀土堤坡的应力与变形进行分析,探讨土工格栅加筋膨胀土堤坡的效果。得到的主要研究结论如下： 1)格栅与膨胀土界面剪应力-相对位移关系可以分为二个阶段,第一个阶段格栅与土之间静摩擦力上升,但没有相对位移；第二个阶段,克服了静摩擦力,格栅与土产生相对滑移,表现出一定的应变硬化特征。界面法向应力的大小对第一阶段的静摩擦力阀值以及第二阶段的剪应力一相对位移关系有影响。静摩擦力阀值随着界面法向应力的增大而增大,与最终强度(第二阶段)的比值随着法向应力的增加呈对数上升趋势。界面法向应力较小时(≤100kPa),第二阶段的硬化不明显,总体曲线近似为刚性-理想塑性关系。当界面法向应力>100kPa时,第二阶段的硬化特征较为显著。 2)含水率的变化对拉拔过程有显著影响。干密度为ρd=1.65g/cm3的膨胀土试样,当其含水率为w=14.1％时,界面τ～u(相对位移)关系表现为刚性-应变硬化,而w=20.8％时近似呈刚塑性。随着含水率的增大,界面抗剪强度下降明显,这与膨胀土的水稳定性差有关。 3)分析了FLAC3D程序的计算原理,采用摩尔～库仑模型模拟膨胀土,采用线弹性模型模拟土工格栅,采用理想弹塑性模型模拟筋土接触界面关系,在该程序中实现了土工格栅与膨胀土相互作用的数值模拟；分析膨胀土吸湿变形的模拟与参数的计算方法,在FLAC3D中采用温度应力等效的方法实现了膨胀土吸湿变形的“初应变法”数值模拟。 4)吸湿条件下土工格栅加筋膨胀土边坡应力变形的数值分析结果表明,水平布置的塑料格栅可以较好地抑制膨胀土堤坡在吸湿后的侧向膨胀变形,使膨胀变形减小约50％,对竖向变形也有一定的抑制效果。 5)膨胀土堤坡浅层土体常因干湿循环导致裂缝和强度衰减,是滑坡的主要原因。设浅层土体强度衰减分为强、中、弱三层,深度均为0.8m,进行了浅层强度衰减条件下土工格栅加筋膨胀土堤坡的稳定性分析。结果表明格栅处理后的膨胀土堤坡,浅层滑动受到格栅抑制,加筋区形成一个整体,滑弧位置往格栅末端发展,安全系数提高近40％。不同格栅间距、格栅长度或格栅模量下,加筋土破坏呈现不同的形态,表现在最大剪应变率不同和剪应变率≥5e-6区域大小不同,且加筋刚度越大,安全系数越大。