压实黄土强度及渗透的各向异性研究

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压实黄土是分层压实的土体。竖向施加压实荷载使土体沿不同方向具有不同结构,导致土体强度和渗透具有明显各向异性。其对黄土工程强度及稳定性产生重要的影响,目前此方面研究尚缺乏。基于此,论文对压实黄土强度和渗透各向异性问题开展研究工作。本文从压实的土块中垂直向和水平向分别削取式样,通过室内直剪试验研究其强度的各向异性。试验研究结果表明,垂直向与水平向的抗剪强度存在明显的差异。垂直向和水平向的抗剪强度差值会随着干密度、法向应力的增大而增大;在高应力和较大干密度下其增大幅度减小。在同一干密度下,试样的含水量越大,水平向与垂直向的抗剪强度差值越小。含水量和干密度变化对内摩擦角影响较小,对粘聚力影响较大。垂直方向的粘聚力比水平方向上的粘聚力大;随着含水率的增大,两个方向的粘聚力差值逐渐减小。在干密度较小时,压实黄土粘聚力的各向异性不明显,较大时粘聚力的各向异性较明显。通过GDS渗透试验研究其渗透的各向异性。在同一干密度,水平方向的渗透系数比垂直方向上的大。这可能是由于黄土中片状、针状的颗粒在制样过程中趋向定向水平排列造成的。干密度对压实黄土不同方向的渗透系数影响显著,并且随着干密度的增大压实黄土的渗透各向异性逐渐减弱。为了研究在不同深度的渗透系数,通过围压间接反映土体孔隙比在自重应力下的变化情况。围压对压实黄土不同方向的渗透系数影响较显著,但是渗透各向异性主要表现在围压的50 kpa阶段。在100 kPa-200 kPa阶段,渗透的各向异性都在削弱;干密度和围压的增大有助于减弱压实黄土的各向异性。进一步在考虑压实黄土各向异性的情况下,用ABAQUS模拟降雨对边坡水分场分布的影响。模拟结果显示,渗透各向异性有利于边坡内水分的迁移,塑性变形也大大减弱,而且将导致自由面变的平缓,有利于孔隙水压力的消散。总之渗透系数的各向异性影响着边坡内水分场的分布,孔隙水压力的大小、浸润线的位置、应力及应变等等。渗透系数的各向异性改变了边坡土体力学性质,所以在实际工程中考虑材料渗透参数的各向异性进行渗流分析较为合理、更为贴近。
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