延安新区Q3原状与重塑黄土的湿载变形特性及结构性研究

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近年来,随着城市化进程的加快,西部山区原有的城市发展格局严重制约着城市的发展,“平山填沟、造地建城”成为新的发展理念,为此开展了大规模的高填方工程,以填方材料为主的结构性黄土沉降变形与力学研究成为目前岩土方向的重大课题。本文为研究延安新区治沟造地高填方体黄土的湿载变形特性和结构性变化规律,以延安新区某高填方场地黄土为研究对象,开展侧限压缩固结试验和无侧限抗压强度试验,揭示原状黄土与重塑黄土湿载变形规律,探索黄土结构性参数的变化规律,依据压缩变形、强度等参数表征出原状黄土与重塑黄土结构参数模型,构建原状与重塑黄土初始结构性参数与力学指标的函数模型,具体的主要研究方法及结论如下:(1)开展原状与重塑黄土侧限压缩固结试验,研究不同试验条件下(压实度、含水率)延安新区沟壑区高填方工程中填筑重塑黄土与原状黄土的压缩变形及结构性参数变化规律,探明含水率及压实度变化对黄土的初始结构性参数、结构屈服压力和压缩指数的关系,引入黄土的结构性参数,揭示黄土的初始结构性参数随物理指标变化对结构屈服压力和压缩指数内在变化规律,构建了修正的黄土一维压缩模型,并结合试验结果进行验证。(2)开展原状与重塑黄土无侧限抗压强度试验,研究不同试验条件下(压实度、含水率)延安新区填筑边坡区重塑黄土与下覆原状黄土结构性参数对强度及变形特性影响,探明压实度和含水率对黄土结构性的变化规律及其力学特性,表征出原状黄土与重塑黄土的初始结构参数与抗压强度间的数学模型。(3)在侧限压缩状态下,增减湿与压实度的变化直接影响黄土的初始结构性和压缩特性,含水率的增大伴随着结构屈服压力和初始结构性的减小与压缩指数的增大,初始结构性参数与结构屈服压力和压缩指数呈线性变化;重塑黄土压缩变形随压实度的增大而减小,结构屈服压力和初始结构性增大,压缩指数减小。在同一含水率下,原状黄土初始结构性参数明显高于重塑黄土,在増湿作用下原状黄土初始结构性的削弱能力远大于重塑黄土。(4)在无侧限抗压状态下,随着土样湿度的增大或压实度减小,土体的应力-应变曲线呈由“陡峭”向“平稳”特征过渡,峰值特征强度减弱且后移,结构性参数-应变曲线的峰值点减小且前移;塑性指标可以作为影响初始结构性参数变化的临界值指标,含水率小于塑限值,小应变导致结构性增强,反之减小;随含水率的增大初始结构性非线性减小,抗压强度线性减小;同一干密度的原状黄土结构性参数-应变曲线比重塑黄土分布“陡峭”,湿度增大使原状黄土的初始结构性削弱能力明显大于重塑黄土。(5)考虑黄土的结构性参数,建立并修正了黄土结构性的一维压缩模型,给出了上覆填土与下覆原状黄土的沉降预估模型,并结合试验数据进行了对比分析;根据非饱和黄土的双曲线模型表征出初始结构参数与抗压强度间函数模型。但由于试验样本有限,后期将进一步开展相关试验工作验证其工程适用性。
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