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红黏土是我国国土资源中所占比重较大的特殊性黏土,裂隙性是其典型特征之一。红黏土中的多裂隙构成了分割红黏土体的结构面,破坏了土体的整体性,显著降低其强度,同时为深部土体失水开辟了通道,使原有裂隙进一步发展,且干缩的红黏土体复浸水后极易湿化崩解,从而使红黏土的工程性质恶化。目前,在红黏土地区的公路铁路等工程项目的建设日益增多,裂隙性红黏土的胀缩性、裂隙性与分布不均匀性等工程地质特性给这些地区的基础建设带来有大的工程隐患。因此,有必要对裂隙性红黏土的工程地质特征进行系统的研究和评价,以及探索如何更好的定量描述红黏土的裂隙发展演化规律和评价其发育程度的方法。
本文依托郴宁高速公路工程,综合采用现场调研、原位试验、理论分析、室内试验等手段,对裂隙性红黏土的工程地质特征进行了研究和评价,对其电导基本特性及影响因素、裂隙参数对其电导特性影响进行了分析,其次探讨了利用电导特性评价红黏土裂隙发育程度的可能性,最后通过无侧限压缩条件下的红黏土电导参数的变化规律,建立了基于电导特性参数的红黏土损伤演化方程。
本文研究内容与主要研究成果如下:
(1)通过现场调查和资料收集对红黏土裂隙成因和基本特征进行了分类;通过室内试验对裂隙性红黏土的物理力学性能指标进行了测试,研究了其基本特点;通过现场的原位试验对裂隙性红黏土的地基承载力和变形特征进行了分析;根据统计资料建立了可拓评测模型,对红黏土的地基承载力进行了评测,并采用原位试验的数据进行了验证,探讨了可拓综合评测方法的可行性。
(2)研究了红黏土电导基本特性,对影响红黏土电导特性的基本因素进行归类分析,并通过自行设计制作的装置进行相关试验,分析了含水率、饱和度、干密度、温度、土体结构特征等对红黏土土体电导特性的影响规律。
(3)利用DUK-2B数字电法测量系统,结合模拟裂隙的方法系统的开展了裂隙深度、长度、宽度、方位角以及数量对红黏土电导特性的影响规律的试验研究;通过设计一个5因素10水平的均匀设计方案分析了各裂隙参数对红黏土电导特性的敏感性,经多元回归分析后发现:红黏土电导特性对裂隙参数的敏感性排序为裂隙深度>裂隙方位角>裂隙数量>裂隙长度>裂隙宽度。
(4)根据湖南郴州地区的大气温度和相对湿度条件,选取了3种环境状态参数,利用模型箱试验,获得了红黏土裂隙发育及电阻率的变化规律,发现红黏土的裂隙率和电阻率之间存在着较好的相关性,可以采用统一的表达式来描述电阻率和裂隙率之间的关系,据此提出可将红黏土电阻率作为对红黏土裂隙发育程度的评价指标,为定量描述红黏土裂隙特征及演化规律提供一种新途径。
(5)根据高密度电法测量原理,利用裂隙对土体电导特性的影响规律,通过高密度电法的反演技术对裂隙开展的深度进行了量测,同时,对红黏土复浸水后裂隙闭合时间进行了预测。
(6)对红黏土压缩过程中的电导特征参数进行了全过程量测,试图通过在压缩过程中电导特征参数的变化特征和试样宏观变化现象来探讨压缩过程中红黏土结构变化过程,以及红黏土的电导特征参数和应力应变之间的联系。并初步尝试建立了以电阻率作为损伤变量的红黏土无侧限抗压损伤演化方程。