黄土-古土壤及基岩接触带剪切特性研究

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结构面是岩土体破坏类型的控制因素,也是岩土体破坏的潜在发展方向的标志。黄土的结构面是伴随着黄土的沉积、演化而形成的,由于成因各异,其力学性质、性状也各有不同,所控制的灾害发生类型也各有所异。本文通过现场调查、原位剪切试验、室内三轴及剪切流变等试验手段,对黄土结构面的类型开展了研究,并以黄土-基岩结构面及黄土-古土壤接触带为例重点研究其变形及强度特征,并得到了如下结论:
  (1)根据黄土结构面的成因将结构面划分为原生及次生,考虑结构面与黄土的位置关系又划分为黄土内部与黄土外部,最后将黄土结构面分为黄土-古土壤接触带、黄土-基岩接触结构面、黄土-土体接触结构带、变形带、节理裂隙填充带及崩滑流覆盖物接触带六个大类及18个亚类。
  (2)通过现场试验及室内试验对比分析发现,结构面强度<黄土强度<基岩强度,即最终决定黄土-基岩边坡稳定的核心是结构面强度。黄土-泥岩结构面与黄土-砂岩结构面的原位试验结果与Mohr-Coulomb强度准则的拟合结果较好,得到了对应结构面天然状态的Mohr-Coulomb强度表达式:τf泥岩=0.4233σ+6.4,τf砂岩=0.1441σ+4。
  (3)对于黄土-古土壤接触带的原位剪切试验,先制样后饱和的方法效果较好;原位饱和试样在低正应力下应变曲线呈应变硬化型,剪应变在1%左右时到达峰值,原位天然试样在高正应力下应变曲线呈应变软化型,剪应变在3%左右到达峰值。黄土-古土壤接触带的三轴试验,其应力-应变曲线均表现为软化型,其中弹性阶段持续变形较短且应变不足1%,峰值强度随含水率的降低及围压的增长有所提高,峰值强度所对应的剪应变也同样有所增长。总结三轴试验中的内摩擦角(p值和粘聚力c值与含水量之间的关系,提出了黄土-古土壤接触带的Mohr-Coulomb强度表达式:τfC.Z.=σ3?fψ(ω)+fc(ω)
  (4)黄土-古土壤接触带的流变试验中,接触带土体在各级竖向应力下表现出典型的初始蠕变和稳定蠕变阶段,但没有明显的加速蠕变阶段,土体的破坏发生较为突然。对接触带的蠕变本构模型的拟合结果表明,Mesri模型对接触带土体的适应性一般,对数模型及修正对数模型的拟合结果较好,变参数的Kelvin模型及Burgers模型的拟合结果较好;自建的定参数模型拟合结果也较为理想。根据最大应变控制理论建立了接触带土体的幂函数长期强度破坏准则,并将各参数转化为时间t的函数。这一结果,可服务于未来研究区域的边坡稳定性预测。
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