高应力下重塑黄土变形及强度特性试验研究

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近年来,随着城镇化的发展和建设规模的扩大,延安地区出现了大量高填方工程。由于高填方工程具有填方厚度大,地基应力高的工程特点,而且人们对高填方工程力学特性问题缺乏整体的认识和深入的研究,导致工程中出现了大量的工程灾害。针对上述工程中遇到的实际问题,本文通过理论分析和室内试验,进行了高填方力学特性分析,得出了高应力下重塑黄土的击实特性、变形特性以及强度特性。主要结论如下:(1)进行了四种不同击实能的击实试验,得出了重塑黄土在各击实能作用下的击实变化规律。干密度随着击实能的增加,总体呈增加趋势。最优含水率随着击实能的增加而降低,呈指数函数关系。最大干密度随着击实能的增加而增大,在击实能较小时,最大干密度随击实能的增加较快,而当击实能较大时,最大干密度随击实能的增加逐渐变缓。(2)进行了高压固结压缩试验,得到了重塑黄土在各击实能、压实度、含水率及固结压力条件下的固结压缩变形规律。高应力作用下,各击实能情况中,当含水率控制为最优含水率时,总孔隙比差值最小,变化率最小,土体相对来说最密实,具有更高的抗压缩性。控制好最优含水率,相对小的击实能同样可以获得更好的压实效果。各击实能、含水率下的e-p曲线中,当固结压力小于800 kPa时,孔隙比与固结压力之间表现出双曲线关系。当固结压力大于800 kPa时,孔隙比与固结压力之间表现出很好的线性规律。各击实能及含水率下的e-lgp曲线均具有较好的线性关系。压实度和固结压力一定时,重塑黄土的孔隙比随含水率的增加而减小。含水率和固结压力一定时,重塑黄土的孔隙比随压实度的减小而减小。孔隙比随着固结压力的增加而呈非线性减小。对固结压力取对数后,孔隙比与固结压力基本呈线性变化关系。(3)进行了高压固结蠕变试验,得到了重塑黄土在各含水率、压实度条件下的蠕变变形规律。减小含水率或增大压实度,能在一定程度上降低土体的蠕变量。随着固结压力的增加,试样达到稳定所需的时间越长。在低固结压力(100kPa)下稳定时间最短,50~70h即可达到稳定;在最大固结压力(2400kPa)下稳定时间最长,需要190~290h。采用对数函数拟合得到了延安地区黄土高填方的蠕变本构模型,能够较好的反映该工程的处于高应力状态下的变形特性。(4)进行了直剪试验,得出了抗剪强度以及各抗剪强度指标与各击实能、含水率以及固结压力之间的变化规律。抗剪强度均随着垂直压力的增加而线性增大。各击实能条件下,在最优含水率的干侧,抗剪强度随着含水率的增加而增大。在最优含水率的湿侧,抗剪强度随着含水率的的增加而减小。而在最优含水率处,抗剪强度为最大值。随着击实能的增加,粘聚力有一定程度的提高。各击实能条件下,在最优含水率的干侧,粘聚力随着初始含水率的的增加而增大。在最优含水率湿侧,粘聚力随着含水率的增加而减小。最优含水率处,粘聚力为最大值。(5)进行了高围压条件下的三轴试验,得出了各击实能、围压、含水率条件下的强度变化规律。在高围压作用下,各最终固结不排水试验破损样均呈现出剪切型破坏。在高应力状态下,不同击实能,不同围压下,主应力差与轴向应变曲线表现为各异性,但均呈现出应力软化型。高应力下的重塑黄土应力应变曲线表现为三个阶段,分别为应力应变曲线线性增长段、过渡段以及减缓段。从最小击实能增加到最大击实能,峰值强度提高有限。
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