湿陷性黄土的结构性与增湿变形试验研究

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黄土是一种大孔隙、低湿度、高粉粒含量的特殊土,具有显著的结构性。它遇水后表现为湿陷变形发展和抗剪强度降低。针对黄土的结构性问题,依据原状黄土、重塑黄土和饱和黄土的应力应变特性、屈服破坏特性及其与结构性之间的关系,应用包含浸水灵敏度和扰动灵敏度的综合结构势定量分析方法,分析了湿-压-剪作用下黄土的结构性演化规律。同时,对于黄土的增湿变形研究,从非饱和土力学研究角度,考虑土骨架中水分运移对其力学特性的改变,通过等效固结分析方法,分析了逐级增湿固结过程中等效骨架相应力、等效流体相压力规律,研究增湿等效固结分析方法。取得了如下研究成果:  1、依据原状黄土、重塑黄土和饱和原状黄土等向压缩固结体变规律,通过三轴压缩试验,得到了不同结构状态土的剪应力、剪应变和包含固结体变的体应变关系曲线,分析了不同湿度黄土的应力结构性参数与体应变、剪应变之间的关系。  2、通过不同含水率黄土不同固结围压下结构性参数随剪应变、体应变的变化关系,统一分析不同含水率、不同固结围压下土的应力结构性参数随体应变的发展。应力结构性参数随体应变的变化曲线分布在一个带内,且呈单调衰减的变化规律。  3、应用体积应变和剪切应变平方之和开方定义的综合应变,分析了应力结构性参数与综合应变之间的关系。不同含水率、不同固结围压下土的结构性参数随综合应变的变化曲线也分布在一个带内,近似且呈单调衰减的变化规律。  4、低含水量、低固结围压条件下原状结构性土形成剪切带后剪胀比较突出,体缩应变发展较小,结构性参数趋于稳定值。  5、同一含水量黄土的破坏剪应力和球应力的关系曲线呈线性变化;不同含水率黄土的强度线近似呈一簇平行线,随含水量的增大,黄土的强度逐渐减小。不同含水率原状黄土和重塑黄土强度破坏时的e-ln qf和e-ln pf均近似呈线性关系。破坏剪应力和应力结构性参数比值与固结围压的关系曲线为一条通过原点的直线,表明结构性参数归一后的强度线与正常固结土的临界状态线趋于一致。  6、初始含水量一定时,不同压缩应力下增湿,体变发展增速随增湿压力的增大而增大,至含水量达到饱和时体变达到最大值。一定压缩应力下增湿时,增湿湿陷变形段增湿体应变剧增,且初始含水量越小增湿体应变越大;待变形稳定后增加下级压力表现为固结压密,增湿体应变增长变缓。  7、初始含水量较低时,增湿使得土的结构损伤表现得非常明显。随着含水量的增大,结构屈服压力曲线规律趋势一致,且趋于某一固定值,表现为结构损伤破坏趋于完成。增湿的初始含水量越小,增湿作用对于基质吸力的影响越大。竖向应力越大,增湿的作用效果越减弱。  8、将非饱和土等效为等效骨架相和等效流体相,增湿可认为使等效流体相承担的压力增大,后随着变形发展,等效流体相压力消散,等效骨架相应力逐渐承担所有附加应力。当含水量和荷载增量较小时,土的结构并没有被破坏;随着含水量和附加荷载增大,土结构易遭到破坏,随着变形的发展,等效骨架相最终分担的应力加大。同一压缩应力作用下,初始含水量越大,增湿作用下的等效骨架相应力增长越快。
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