考虑干湿循环作用时边坡黄土性质的试验研究

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在“西部大开发”与“一带一路”的大背景下,西北黄土地区边坡工程规模更大、工况更复杂,对边坡黄土的研究愈发具有现实意义。干湿循环不仅影响边坡浅层黄土的性质,还会因地震等产生的裂隙影响到较深层黄土。本文以西安地区原状黄土为例,进行考虑干湿循环作用时边坡黄土性质的试验研究。一、利用高压固结仪进行压缩变形试验研究。结果表明,在不同压力范围内加压、在不同含水量范围内增湿,对增大压缩变形量的贡献不同;干湿循环增大黄土湿陷性系数。不同干密度、不同干湿循环次数、不同含水量的试样压缩回弹曲线趋势相同,即首次加压发生的压缩变形绝大部分为塑性变形,再次加压仍造成较小塑性变形;在反复荷载下,孔隙比分别在不同水平上下波动,逐步趋于稳定。饱和试样弹、塑性变形量均大于干燥试样;饱和试样的干密度越小孔隙比减小越快。干湿循环使黄土在饱和时更易压密。二、利用GDS渗透仪进行饱和渗透试验研究。结果表明,干湿循环前后黄土在低围压(P<36kPa)下:小水头差(<3kPa)不足以产生渗透,水头差超过某一值(3kPa)后,渗透系数突然增大;围压对黄土渗透性影响很小;在较低围压、小水头状态下,干湿循环使渗透起始水头差和渗透系数略增。在较高围压(501(反映过水通道的数量、大小和通畅程度)和与渗透无关的孔隙比e2,与渗透有关的孔隙比e1是围压P与渗透系数k的中间函数;较大干密度试样的总孔隙比e的变化量主要是与渗透有关的孔隙比e1的变化量;在较大水头(30kPa)、较低围压(<100kPa)下干湿循环使渗透系数增大,在较大水头(30kPa)、较高围压(>150kPa)下干湿循环使渗透系数降低;逐步施加较高围压,过水通道发生塑性变形;与渗透有关的孔隙比e1主要由与弹性变形有关的空隙构成。三、利用压力板仪、非饱和三轴仪对基质吸力进行试验研究。结果表明,基质吸力随含水量减小而增加,含水量越小增加越快。采用轴平移技术时施加气压,量测曲线常先升高后缓慢降低。含水量越低,吸力达到稳定的时间越久。低含水量试样(w=10%)吸力较高,在剪切时继续升高;高含水量试样(w=30%)吸力较低,在剪切时继续降低;含水量接近塑限wp的试样(w=22%),吸力在剪切开始时降低,随后慢慢升高。干湿循环降低初始吸力;“有向”循环使吸力降得更低。干湿循环使初始吸力量测稳定时间变短,“有向”循环使量测稳定时间变长。在剪切全过程,干湿循环黄土吸力低于原状黄土吸力。四、利用非饱和三轴仪进行剪切试验研究。结果表明,黄土在轴应变2%内发生线弹性变形,而后发生塑性变形。围压增大,承载力增大,破坏形态逐渐由弱软化型向稳定型转变。含水量提高,黏聚力、内摩擦角、强度均下降,破坏形态逐渐由弱软化型向稳定型转变,尤其在10%-22%范围内变化明显。干湿循环降低黏聚力和内摩擦角,且黏聚力减小更明显。与普通干湿循环黄土相比,“有向”循环使黏聚力更小,内摩擦角略大。在较高围压下(30-50kPa),干湿循环使试样逐渐由弱软化型向稳定型转变,甚至出现硬化型。含水量越高,围压越大,黄土试样在剪切过程中越容易发生剪缩。干湿循环使黄土更易发生剪缩。
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