水力相互作用下欠压密黄土强度演化特性研究

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欠压密黄土是处于疏松状态水敏性十分强烈的天然Q3黄土,其物理、力学特性受含水率的变化影响较大,当欠压密黄土吸水饱和后可形成饱和软黄土,易导致工程灾害发生。目前对欠压密黄土失水后的土性变化和工程问题研究较多,但其在地下水位回升阶段,土体在有上覆荷载情况下含水率逐步增大过程中的强度演化特性研究还有待进一步深入。本文基于GDS三轴试验系统,以具有较大孔隙比的欠压密黄土为研究对象,开展了欠压密黄土在水-力相互作用下连续增湿过程中的应力-应变演化关系及强度特性试验研究,并结合SEM试验揭示了欠压密黄土在水-力相互作用下的结构演化特性,研究结果可深化对欠压密黄土强度特性的认识,为工程实践提供理论和试验支持。论文的主要研究成果有:(1)初始上覆应力,含水率及固结围压都会对欠压密黄土的应力应变关系产生影响。随着含水率的降低和固结围压的增大,欠压密黄土的应力应变曲线逐渐升高,由应变弱硬化型像应变强硬化型发展。含水率的升高还会使初始上覆应力对土应力应变关系的影响减弱,初始上覆应力为100k Pa时,应力应变曲线高度最低,欠压密黄土在同等变形程度下能抵抗的剪应力最小,且在此应力条件下,含水率对土应力应变关系的影响最小。(2)破坏剪应力会随着固结围压和平均正应力的增大而线性增大。含水率与初始上覆应力既能单独影响土的破坏应力条件,又会互相产生作用。含水率越高,强度破坏线水平越低,初始上覆应力对强度破坏线的影响越小,初始上覆应力为100k Pa时,强度破坏线最低,此时含水率对强度破坏线的影响也最小。(3)粘聚力随水力条件变化的幅度较大,内摩擦角变化较小。含水率越高,土的粘聚力和内摩擦角越小,初始上覆应力对土的强度参数影响越小。在初始上覆应力为100k Pa时,土的强度参数处于最低水平,此时各含水率条件下土的强度参数差值最小。(4)天然状态下欠压密黄土具有一定的初始结构性,但其结构性不稳定,会随着剪切变形的发展而迅速衰减,当应变超过2%时结构性基本消失,固结围压越大,含水率越低,土的结构性越强。当初始上覆应力200k Pa时,土的结构性特征基本消失。(5)宏观强度的演化是土微观结构变化的外在表现,含水率越高,土颗粒形态越简洁,孔隙表面积越大,当上覆应力条件100k Pa时,土颗粒呈现出破损分裂状态,当上覆应力条件200k Pa和300k Pa时,土的结构由原生大孔隙架构变为层叠密实的次生结构。(6)100k Pa是欠压密黄土的临界应力,临界应力条件下欠压密黄土的强度性能最差,水敏性最弱,当上覆应力条件小于临界应力时,欠压密黄土表现出力学强度随上覆应力增大而减小的趋势,反之则增大。
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