【摘 要】
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近年来黄土高原地区各类黄土地质灾害如滑坡、泥流、崩塌等频繁发生,给大型工程建设活动带来挑战。黄土具有大孔隙,水作用下强度极易弱化,发生软化变形,变形累积并逐渐贯通引发黄土灾害。埋深较浅的马兰黄土作为地质灾害承载体其力学变形特性亟需重点研究,本文选择位于黄土高原腹地的延安南沟为研究区,通过野外调查取样、室内试验和理论分析计算等方式,探讨了该地区马兰黄土的压缩及剪切应力应变归一化性状。归一化性状着重于
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近年来黄土高原地区各类黄土地质灾害如滑坡、泥流、崩塌等频繁发生,给大型工程建设活动带来挑战。黄土具有大孔隙,水作用下强度极易弱化,发生软化变形,变形累积并逐渐贯通引发黄土灾害。埋深较浅的马兰黄土作为地质灾害承载体其力学变形特性亟需重点研究,本文选择位于黄土高原腹地的延安南沟为研究区,通过野外调查取样、室内试验和理论分析计算等方式,探讨了该地区马兰黄土的压缩及剪切应力应变归一化性状。归一化性状着重于岩土体应力应变及强度的定量估算,本文采用两种类型结构性力学参数对比分析了压缩及剪切应力应变归一性,最终为研究黄土等强结构性或超固结土体的归一化性状提供了新思路。本文主要结论如下:(1)原状和重塑黄土的结构屈服应力与含水率呈负相关。结构屈服应力及孔隙比结构性参数均可对黄土侧限压缩变形归一化,基于两种参数探讨了原状黄土压缩应变归一化性状,并分别建立了归一化方程。其中,孔隙比结构性参数对黄土的压缩应变归一性更加显著。(2)原状Q3黄土剪切应力应变关系整体上随围压增大由弱硬化型向强硬化型转变,但在含水率极低且低围压下会呈现出一定的软化特性。除极低含水率低围压下,不同含水率不同围压下的重塑黄土应力应变都表现为应变硬化型。原状黄土内摩擦角基本稳定在21°~23°小范围内。原状黄土内聚力、结构强度、结构屈服应力随含水率增加分别成对数、指数、幂函数形式减小。相同含水率下,三者中结构屈服应力最大,结构强度次之,内聚力最小。(3)含水率为5%和10.2%的Q3黄土在围压低于400 kPa不能归一化,含水率为17%的黄土在围压大于300 kPa存在归一性,含水率为22%、27%和32%的黄土在200 kPa以上的围压下归一化性状较显著。以初始切线模量作为归一化因子,构建了固定数学格式的黄土归一化模型:σ1-σ3=f(σ3)·ε1/m+k·ε1,应用该方程建立了有一定限制条件的不同含水率黄土应力应变归一化方程,该模型具有较高的准确度。(4)基于应力结构性参数构建了固定格式的原状黄土剪切应力应变归一化模型:(σ1-σ3)y=f(σ3)·ε1/m+k}·ε1·mσ,建立了不同含水率连续围压范围内黄土应力应变归一化方程,经验证,结果除个别异常围压点外均较为可靠准确。(5)黄土结构性对于黄土的归一性阻碍极为明显,黄土归一化模型与结构性力学参数密切相关。相对于界限状态黄土结构性力学参数,采用全过程动态量化参数对黄土归一化处理,其归一性更强。全过程动态量化黄土结构性变化的结构性参数无量纲,能反应黄土结构的释放过程,归一化效果好,对侧限压缩及三轴剪切等不同应力路径普适。
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