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本文以兰州地铁不同站点的黄土为研究对象,开展了室内动三轴试验、扫描电镜试验、直剪试验及颗粒流数值模拟试验,研究了兰州地铁不同站点黄土的动力特性和微观特征,并运用灰色关联度原理计算了黄土微观结构参数与动力特性参数之间的关联度值;通过颗粒流数值软件PFC建立数值直剪试验模型,从细观层面揭示了黄土体的宏观动力特性机制。本文主要研究工作及成果如下:(1)针对兰州地铁黄土力学性能的复杂性,通过选取8个站点的原状黄土进行室内动三轴试验,分析了不同站点黄土在不同方向上的力学性质,发现了拱星墩、七里河、迎门滩和陈官营站点黄土垂直向强度大于水平向。不同站点黄土的动应变均随动应力的增加呈现出先急剧增长后缓慢增长的非线性增长现象。不同沉积方向,深度不同时,土体的动剪切模量比随着土层深度的增加曲线向上移动;不同取样深度,相同沉积方向时,粉质黏土表现出更强的非线性和耗能特性。(2)定性及定量分析了8个站点在不同沉积方向上微观结构差异性,选取颗粒长轴、短轴、方位角等微观结构参数进行定量分析,发现黄土颗粒长轴和水平向短轴主要集中在0~20μm粒径范围内,横向方位角比竖向更具有规律性。从颗粒形态、排列和尺度特征进行定量分析,颗粒形态特征参数(分形维数、形状系数和丰度)表现出颗粒在垂直方向几何形状更为复杂;颗粒排列表征参数(概率熵、各向异性率)反映出颗粒在垂直向的各向异性率大于水平向;颗粒尺度特征参数(表观孔隙比、平均直径、颗粒数及平均颗粒面积)表明了颗粒在垂直向排列更加密实。(3)依据灰色关联度原理,计算了黄土最大动弹性模量与不同沉积方向上微观参数指标之间的关联度值及权重大小,横向方向:丰度对黄土动力特性参数的影响最为敏感,两者的关联度值为0.809;竖向方向:分形维数对黄土动力特性参数的影响最为敏感,两者的关联度值为0.767;其中颗粒平均直径在横竖两个方向上均呈现出权重最低值,表明黄土颗粒平均直径对黄土动力参数的影响相对减小。(4)运用离散元软件PFC模拟直剪试验,与室内直剪试验进行对比,研究发现试样在剪切过程中,模型孔隙比随着剪切位移的增大呈现出先减小后不变的现象;剪切带上配位数随着剪切位移的增大而增大;颗粒间力链准直性随着围压的增大表现的更好;细观参数对黄土抗剪强度的影响依次为:刚度>刚度比>摩擦系数>剪切速率>孔隙比,其中对比了不同摩擦系数对黄土抗剪强度的影响,发现颗粒的摩擦系数对黄土应力应变曲线的峰值强度影响较大,试样随着颗粒摩擦系数的增加发生明显的剪胀现象;黄土内摩擦角随着颗粒摩擦系数的增大而增大,黏聚力随着颗粒摩擦系数的增大呈现出先减小后增大的规律。