论文部分内容阅读
膨胀土是一种主要由蒙脱石和伊利石等组成的高塑性粘土，具有显著的吸水膨胀、失水收缩特性，其不良工程特性主要表现为裂隙性、胀缩性、超强固结性。膨胀土的干湿循环与裂隙的发育情况是对应的，干湿循环造成土体裂隙不断的张开和闭合，由此也会影响膨胀土强度和变形特性，从而对工程建设造成重大危害。因此，研究干湿循环下膨胀土裂隙演化规律以及土体强度和变形特性的变化情况对地质灾害防治具有重大意义。本文以南水北调南阳段膨胀土为研究对象，针对其裂隙演化规律、强度和变形特性，开展了一系列试验。主要内容与成果如下： 利用滤纸法，分别测得膨胀土土水特征曲线、总吸力曲线以及二阶扫描线。介绍了毛细滞回内变量模型，验证了该模型对于膨胀土的适用性。结果表明：土水特征曲线和总吸力曲线变化规律基本相同，滞回现象十分明显；含水量任意变化下的曲线不与完整脱、吸湿曲线重合，而是在二者组成的环形范围内变化；毛细滞回内变量模型适用于膨胀土，利用该模型可以计算任意循环路径下的基质吸力。 通过室内裂隙观测试验，基于分形理论对干湿循环下裂隙演化规律，裂隙发育与基质吸力的关系进行了研究。结果表明：裂隙率和分形维数均可以很好的表征裂隙发育情况，二者曲线变化规律相似，相互之间关系可以用函数关系式来表示；干湿循环对裂隙发育具有很大影响，随着干湿循环次数的增多，裂隙不断发育，但到一定程度后就会停止；不同循环方式对裂隙发育有一定的影响；基质吸力与裂隙发育具有很好的相关性。 针对干湿循环作用下土体变形特性进行了研究。结果表明：干湿循环对膨胀土变形指标具有很大的影响，对直径影响较小，对高度的影响较大，这种影响具有不可逆性；裂隙发育指标与变形指标具有很好的相关性，随试样直径不断减小，裂隙率和分形维数均呈现出先增大后减小的情况；不同循环方式对土体变形特性有很大影响，含水率变化范围越小，对土体的破坏程度越低，各项变形指标变化越小。 针对干湿循环下土体强度特性进行了研究，分析了裂隙发育、循环方式对强度的影响。研究表明：干湿循环作用对土体强度具有很大影响，随循环次数的增多，抗剪强度指标总体上均呈现出不断下降的趋势；粘聚力与裂隙发育指标有着很好的线性关系，而内摩擦角与裂隙发育指标虽然无法用数学表达式表示，但总体上也是随着裂隙发育而降低；不同循环方式对抗剪强度有很大的影响，经历相同循环次数后，循环幅度越小，其土体强度相对较大。