水-盐作用下黄土力学特征及微观机理研究

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在水的渗流作用下,盐分以离子的形式进入土体的孔隙介质,使土的结构与力学特征发生变化,称其为水-盐作用。而在自然中黄土的入渗液中均存在有一些盐分,加之黄土中固有的盐分,使得黄土的力学特性由于水-盐作用而变得更加复杂。本文以脱盐后的Q2黄土与石英砂为试验材料,使用不同浓度梯度的NaCl与CaCl2溶液,通过变水头渗透试验、侧限压缩试验、单轴压缩试验与十字板剪切试验等试验手段探讨了水-盐作用下黄土渗透系数、强度等力学性质的变化,并通过电镜扫描试验、核磁共振试验等微观试验手段,探究了水-盐作用下土体力学特征变化的微观机理及其对土体力学性质的影响。本研究的主要创新点及成果如下:(1)考虑到各区域黄土中黏粒及盐分含量的差异性较大,而相关研究仍然以某一特定区域的黄土为研究对应,很难为揭示水-盐作用下不同组构、不同砂粒含量的黄土力学特征的研究提供科学依据。本文以脱盐后的Q2黄土与石英砂为试验材料,通过加入石英砂以探究水-盐作用对砂黄土力学性质的影响,将试验成果进一步拓展。发现土体的孔隙比、含砂量以及孔隙液中的盐分对黄土的渗透性及强度均具有影响,水-盐作用下黄土的渗透性加大,强度降低,但增加盐浓度对黄土的渗透性及强度的影响不大。(2)目前围绕黄土中水-盐作用问题开展的微观研究十分有限,且大部分都聚焦于对黄土微观结构的定性解释,本文通过使用电镜扫描试验、自沉降试验从定性角度对水-盐作用下土体的微观结构变化做出分析,并利用核磁共振技术对水-盐作用下土体的孔隙分布、自由水含量等微观特性做出定量评价。核磁共振试验发现土体的含砂量以及孔隙液中盐分会改变黄土的孔隙分布,在盐分作用下土体的大孔径分布变多,意味着土体的渗透性变强、强度变弱。并且通过对核磁共振试验中得到的T2谱曲线进行分析,得到了不同条件下土体的自由水含量与结合水含量分布。发现当土体中掺入砂粒及孔隙液为盐溶液时,土体内部赋存的结合水含量减小,自由水含量加大。核磁共振试验结果可以很好的从定量的角度解释土体力学性质的变化。(3)目前对于判断土体在水-盐作用下其力学指标变化趋势的表征公式适用范围较小。本文根据相关试验数据使用理论分析及理论推导的方法,通过使用石英粉-膨润土作为类比黄土,建立了黏粒孔隙比(ec)的概念来研究水-盐作用下黄土不排水抗剪强度、渗透系数的表征。以ec/e L为指标的评价土体渗透系数及不排水抗剪强度的公式可精简指标参数的获取过程,对不同孔隙液下土体渗透系数及不排抗剪强度的统一表征效果良好。并将其扩展应用到盐分作用下黄土的渗透系数表征当中也取得了良好效果。
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