常温及负温下非饱和土的土水特性及影响因素研究

来源 :武汉理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cmfu2008
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在负温下,由于毛细作用和颗粒表面能的作用,冻土中始终存在着一定数量的液态水,称作未冻水。未冻水与土颗粒、冰、气体组成对温度十分敏感的多相复杂体系。与常温下非饱和土的土水特征曲线(SWCC)相似,冻土中吸力与液态水含量的本构关系常用冻结特征曲线(SFCC)来描述。常温非饱和土脱湿过程中吸力升高,吸湿过程中吸力下降;对于冻土,随着温度的下降和吸力的升高,土中液态水逐渐冻结,未冻水含量減少,类似于脱湿过程;温度的升高和吸力的降低则导致冰的融化,未冻水含量增高,类似于增湿过程。目前针对非饱和土的土水特征已有诸多研究,但将非饱和土力学原理拓展至冻土,针对冻土土水特征的研究相对匮乏。本文对冻土的土水特性开展试验研究,并与常规的非饱和土土水特性进行比较分析。本文研究采用山东粉质黏土和黑龙江膨胀土两种天然材料,制备具有不同干密度的压实试样,通过常温脱湿试验和负温冻融试验,研究非饱和土和冻土的土水特性。主要研究内容和成果如下:(1)对具有不同干密度的饱和粉质黏土和膨胀土土样,分别采用压力板仪法和饱和盐溶液法开展常温脱湿试验,获得土样的SWCC和收缩曲线(SSCC)。试验结果发现,干密度越大,SWCC的进气值越大,超过进气值以后,吸力相同时干密度大的土样的体积含水率高于干密度小的土样,高吸力段不同干密度试样的SWCC重合。含水率相同时干密度越小的土样孔隙比越大,土体孔隙比随着含水率的下降而下降,并且在含水率越接近零时,孔隙比变化的程度逐渐减慢,最终趋于水平。(2)对具有不同干密度的饱和粉质黏土和膨胀土土样,利用5TM温度-湿度传感器和恒温恒湿箱进行负温冻融试验,获得土样的SFCC并与SWCC进行比较。冻结特征曲线分为过冷段、陡降段和稳定段。冻结过程中,干密度越大,冰首次出现所对应的温度越低,吸力越大。冻融过程中,除过冷段以外,干密度较大试样的SFCC始终位于干密度较小试样的SFCC的下方,即吸力相同时,干密度较大的试样的未冻水含量较低。同一种土的土水特征曲线与冻结特征曲线形态相似,但不完全一致。(3)利用恒温恒湿箱对粉质黏土和膨胀土土样进行不同次数的冻融循环处理,研究冻融循环对SWCC和SFCC的影响,并采用电镜扫描对膨胀土进行细观结构的分析。发现经历冻融循环后的SWCC均发生偏移,在低吸力段随着冻融循环次数的增加,同一吸力下对应的体积含水率不断减小;冻融循环对高吸力段的土水特征基本无影响。冻融循环对SFCC基本无影响但会导致土体内部裂隙发育,经过10次冻融,土体体积膨胀并且产生微裂缝导致体积含水率减小。通过对上述试验结果的分析,获得了常温及负温下山东粉质黏土和黑龙江膨胀土的土水特性及干密度、冻融次数对其影响,并从微观角度分析了变化机理。成果可为冻土或季冻土区实际工程建设提供参考。
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