非饱和压实黄土孔隙结构与变形强度特性研究

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压实黄土是一种典型的非饱和土,非饱和土由于其特殊的力学性质所带来的工程地质问题,用经典土力学理论难以进行合理的解释。延安新区位于中国西北黄土高原腹地,干燥少雨,绝大部分黄土地层处于非饱和状态,平山造城工程极大改变了延安新区原有的地形地貌,超大方量的黄土填方与压实活动引发了地面沉降、滑坡等地质灾害问题。因此本文选取延安新区L6黄土为研究对象,对研究区地质概况进行分析,通过物理性质试验获取该区黄土的比重、液塑限、最优含水率等基本参数,通过滤纸法获得土水特征曲线。基于土水特征曲线制定试验方案,利用GDS非饱和土三轴仪进行压实黄土变形强度研究,试验结束后的三轴样削制成压汞样,利用压汞试验对孔隙结构进行分析,主要工作和研究成果如下:
  (1)结合已有资料、自身试验摸索以及与相关技术人员讨论,总结出一套GDS非饱和土三轴仪与AutoPore IV9500压汞仪的试验操作与研究方法,详细描述了试样制备、实验原理、操作流程、注意事项以及参数设置。
  (2)基于GDS三轴试验系统,对不同含水率不同净围压下非饱和土的试验过程、应力应变关系、强度参数进行研究。发现靠近最优含水率处的土样吸力平衡与固结阶段用时较短,高围压下固结时间较短;各土样均表现为应变硬化,高围压下为强硬化,随着基质吸力的增加,强度越大;基于Fredlund双应力变量的非饱和土强度理论,用两种方法求取非饱和土强度参数,发现随着基质吸力增加,有效内摩擦角变化不大,总粘聚力呈线性增长,吸力摩擦角可反映基质吸力对土体强度的贡献。
  (3)基于压汞试验对压实黄土的孔径分布、孔隙结构参数及其与变形强度的关系进行分析。非饱和土经三轴固结排水剪切后的孔隙分布具有明显集中性,以小孔隙为主,分布在2~8μm之间,最优含水率下压实黄土可获得比较均匀的孔隙分布,高围压下亦表现出更均匀的孔隙分布;压汞法得到的孔隙率和表观密度比实际值略低,堆积密度与真实值比较接近,压汞实测孔隙率在最优含水率处最低,土样实际孔隙率随着初始含水率增高而降低。
  
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