论文部分内容阅读
黄土高原属干旱半干旱地区,持续干旱会导致土体发生收缩变形及龟裂(收缩裂缝),收缩裂缝对土体的工程性质有很大影响,如降低土体抗剪强度、增加渗透性等。当有裂缝存在的黄土边坡遭遇突发降雨时水分会沿裂缝迅速进入土体,在裂缝处形成渗透源,使土体的含水率增加,对黄土边坡稳定性产生较大影响。基于此,本文对非饱和黄土的收缩特性和裂缝开展问题开展研究工作。首先对不同初始含水率和不同干密度条件下的非饱和黄土试样开展了室内失水收缩试验,以研究非饱和重塑黄土在失水收缩过程中的收缩变形特征。试验测得黄土线缩率的变化过程,揭示了黄土线缩率随含水率的变化规律,将土体的收缩曲线分为三个阶段:直线等速收缩阶段、减速收缩阶段和稳定段,其界限含水率近似为4%和9%。土体可能收缩变形主要与初始含水率有关,土体密度对其影响较小。初始含水率越大,土体可能收缩变形越大,探明了黄土可能线缩率与初始含水率呈指数关系,并得到了其表达公式。土体收缩变形主要发生于直线变形阶段,为了评价收缩变形对含水率变化的响应,定义了土体收缩系数,并给出了收缩系数取值建议。其次为了研究试验过程中试样大小对试验结果产生的影响,基于含水率变化时土体会产生吸水膨胀或失水收缩,与温度变化时一般材料的反应相似理论及现有黄土本构模型,对不同长径比和长径比相同体积不同的试样进了了相关的数值分析,分析结果表明,试样线缩率不随试样大小的改变而改变,说明轴向线缩率反映了土体的收缩特性,线缩率是土体基本的变形特征,实验结果不受试样大小的影响。最后为了研究非饱和黄土体在收缩过程中裂缝宽度发展过程,采用前述收缩系数值,考虑含水率变幅及裂缝间距影响,基于现有黄土本构模型进行了裂缝宽度发展过程数值分析。根据分析结果可知,在土体含水率变化相同的情况下,裂缝间距相同的土体裂缝开展宽度也是相同的,随着裂缝间距的增大,裂缝开展宽度也随着增大且成良好的线性关系。当裂缝间距相同,初始含水率不同时,裂缝开展宽度随初始含水率的增加而增加且呈良好的线性关系;影响裂缝开展宽度的主要因素为裂缝间距和初始含水率,通过曲面拟合确定了在不同裂缝间距和不同初始含水率条件下的裂缝开展宽度公式。