裂隙性黄土三轴蠕变特性试验研究

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黄土广泛分布于我国西北地区,黄土中发育大量的裂隙影响着土体的蠕变力学特性,可能诱发黄土滑坡、崩塌等地质灾害,因此本文以甘肃黑方台地区滑坡群黄土为研究对象,通过开展不同裂隙角度、基质吸力、围压和偏应力条件下的三轴蠕变试验,分析了不同裂隙条件下土体的应力-应变-时间特性,同时利用蠕变模型拟合试验曲线得到了不同裂隙角度和基质吸力下的模型参数并总结了参数的变化规律,分析了裂隙性黄土试样的蠕变变形特征。研究成果能够为黄土高原地区的裂隙性黄土力学与变形特性研究提供理论支持,对揭示黄土滑坡灾害中裂隙的促滑效应具有重要意义,得出的主要结论如下:(1)相同条件下偏应力越大试样蠕变量越大,蠕变达到基本稳定所需的时间也越长;基质吸力越大试样蠕变量越小,蠕变达到稳定所需的时间也越少;随着偏应力的增加,应力-应变等时曲线由直线逐渐转变为曲线且向应变轴偏移,蠕变等时曲线的非线性特征随着蠕变时间的增加表现得更加明显。(2)当裂隙角度一定时,随着基质吸力的增大裂隙性黄土试样的长期强度随之增大,其粘聚力和内摩擦角也不断增大;当基质吸力一定时,随着裂隙角度的增大黄土试样的长期强度先减小后增大,呈现出“V”字变化,裂隙角度为60°时长期强度最小;随着裂隙角度的增大黄土粘聚力和内摩擦角先降低后增加;裂隙对于黄土长期强度具有劣化效应,围压的增大会削弱裂隙对黄土长期强度的劣化作用,高围压会使裂隙在一定程度上闭合,削弱了裂隙的影响。(3)利用Burgers模型拟合蠕变试验数据发现,当基质吸力一定时,随着裂隙角度的增大,裂隙性黄土试样瞬时弹性模量E1和黏弹性模量E2先减小后增大,粘滞系数η1和η2产生波动,裂隙性黄土试样的E1、E2、η1和η2远小于完整试样的E1、E2、η1和η2;当裂隙角度一定时,随着基质吸力的增大,裂隙性黄土试样的瞬时弹性模量E1和黏弹性模量E2不断增大,粘滞系数η1和η2呈现出波动上升趋势;相同条件下随着偏应力的增大,粘滞系数η1和η2不断减小。(4)当基质吸力一定时,裂隙角度的大小影响试样的轴向应变,随着裂隙角度的增大试样轴向变形先增大后减小,围压的增大会削弱裂隙对于轴向应变的影响;当裂隙角度一定时,随着基质吸力的增大裂隙性黄土试样的轴向应变不断减小。裂隙性黄土试样变形特征分为轴向变形、弯曲变形和扭转变形三种形式,在裂隙角度较缓(30°)时试样主要发生弯曲变形和轴向变形,当裂隙角度为45°~60°时主要发生扭转变形,裂隙角度较陡(90°)时主要发生轴向变形。基质吸力较大的裂隙性黄土试样,变形破坏机制为挤压-滑移,土体易发生脆性破坏;基质吸力较小的裂隙性黄土试样,变形破坏机制为挤压-蠕动,土体易发生塑性变形,横向鼓胀与轴向压缩显著。
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