淋滤作用下延安治沟造地原状黄土强度与微观特性研究

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黄土高原地区地质条件不良,强烈的风蚀和水蚀作用使得其生态环境脆弱,水土流失严重。延安市是革命圣地,其特殊的狭窄地理条件制约了城市及社会经济快速发展,为了改变延安城市空间局限的局面,大规模平山造城和治沟造地工程如延安新区建设给延安的发展带来了新的机遇。然而,大规模平山造城和治沟造地形成大量的裸露黄土边坡,加之延安地区降雨集中,挖填方黄土边坡稳定性及病害问题日益凸显,其中降雨淋滤作用下黄土物理力学特性和微观结构特征的变化对黄土边坡影响是平山造城、治沟造地工程需要解决的重要科学问题。因此,开展淋滤作用下黄土强度与微观结构特性研究具有十分重要的现实意义和工程实用价值。本文以延安南沟治沟造地工程为研究背景,通过野外现场调查、取样和室内原状黄土淋滤试验,以及淋滤后的原状黄土常规三轴试验、侧限压缩试验和压汞试验等,研究了淋滤作用对原状黄土特性的影响,探讨了淋滤水量对Q3和Q2原状黄土应力应变特性以及抗剪强度参数等的影响规律,揭示了淋滤水量和含水率对Q3和Q2原状黄土压缩特性以及压缩指标的影响规律,以及淋滤作用下黄土的微观孔隙特性。研究成果对陕北黄土在降雨和灌溉等水的作用下强度及微观结构的变化有了更深一步的认识,为延安地区黄土湿陷沉降、坡面冲刷垮塌及滑坡等地质灾害防治提供了科学依据。本文主要研究工作与成果如下:(1)基于三轴剪切试验,研究了黄土剪切特性,得到了淋滤作用下Q3和Q2原状黄土的抗剪强度随围压的增大呈线性正相关并拟合出两者的函数关系,采用拟合法和作图法获得了抗剪强度参数,且二者得出的抗剪强度参数差别很小;Q3原状黄土内聚力随淋滤水量的增大而减小,Q2原状黄土内聚力随淋滤水量的增加先增大后减小,淋滤对两者内摩擦角的影响不大。(2)通过侧限压缩试验,研究了淋滤后黄土在不同含水率时的压缩特性,发现不同含水率的Q3和Q2原状黄土孔隙比随压力先急速降低后趋于平缓变化,且Q2原状黄土在含水率较低时,淋滤可以增大其疏松程度;相同含水率条件下,各淋滤工况的Q3原状黄土比Q2原状黄土更疏松,Q3原状黄土可压缩性明显大于Q2原状黄土;Q3原状黄土压缩系数随淋滤水量的增加先减小后增大,压缩模量变化则相反,而对于Q2原状黄土,淋滤仅在含水率较低时对压缩模量有一定影响;淋滤对Q2原状黄土压缩指数有显著影响,而对Q3原状黄土影响不明显;随着淋滤水量的增加,含水率对压缩指标的影响逐渐减小。(3)基于颗分试验和压汞试验,分析了淋滤对Q3和Q2原状黄土微观颗粒和孔隙特性的影响,发现淋滤对粒径1mm以下的黄土颗粒级配特征影响很小,且Q3和Q2原状黄土经过不同工况的淋滤后都为级配良好土;淋滤对Q3原状黄土孔隙直径大小及分布比例影响不大,但对Q2原状黄土的孔隙直径及其分布比例具有明显影响。
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