【摘 要】
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软黏土在我国滨海平原、三角洲、湖盆地周围、山间谷地广布。在这些区域进行各类项目建设不可避免地遇到施工期振动扰动的安全隐患。由于软黏土天然含水率大、孔隙比高、高压缩性、强度低,并具有蠕变性、触变性等不良力学特性。一旦其受到扰动,其原有结构极易受损,强度明显降低。结构性是天然沉积软黏土的一个重要特征,对其变形和强度特性均有相当程度的影响。软黏土的结构性忽略往往导致无征兆突发性破坏。在工程建设过程中若未
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软黏土在我国滨海平原、三角洲、湖盆地周围、山间谷地广布。在这些区域进行各类项目建设不可避免地遇到施工期振动扰动的安全隐患。由于软黏土天然含水率大、孔隙比高、高压缩性、强度低,并具有蠕变性、触变性等不良力学特性。一旦其受到扰动,其原有结构极易受损,强度明显降低。结构性是天然沉积软黏土的一个重要特征,对其变形和强度特性均有相当程度的影响。软黏土的结构性忽略往往导致无征兆突发性破坏。在工程建设过程中若未采用适当的方法对软基进行处理将会产生严重危害和生命财产损失。为此,本文通过对振动后软黏土进行相关的力学性状研究,旨在评价振动引起的软黏土力学特性变化规律,为实际工程应用提供必要的理论支撑和设计依据。主要工作及结论如下:(1)通过获取连云港地区典型软黏土试样,进行常规室内土工试验,获得了其基本物理性质参数(颗分曲线、最优含水率、最大干密度等)。采用X射线衍射仪开展了XRD(X-ray diffraction)试验,结果显示所取得土样矿物成分以伊蒙混层含量为主。通过室内振动台制备不同扰动程度(原状土、扰动土和重塑土)的软黏土试样,制定了详细的不同振动扰动工况下软黏土的一维压缩、无侧限抗压强度、直接剪切试验方案。通过开展扫描电镜SEM(scanning electron microscope)试验获取不同扰动程度试样的微观结构形态特征。(2)对不同扰动程度下的软黏土开展了一维压缩试验,探讨不同振动频率、时长对软黏土压缩特性的影响规律和作用机制。结果表明:振动频率、振动时长均会对原状土样造成不同程度的扰动,导致土样结构性损伤,压缩性增大。相同频率下,振动时长久的土样压缩曲线位于时长短的下方,屈服后压缩指数CCLA(compression index for the compression line after yielding)、屈服压力p’y随着振动时长增加逐渐减小,屈服前压缩指数CCLB(compression index for the compression line before yielding)和扰动度D随时长增加而增大,且p’y随着扰动度的增加呈线性衰减趋势。相同振动时长下,高频样的压缩曲线位于低频样下方,软黏土屈服压力p’y、CCLA均随振动时长的增加而逐渐减小,CCLB和D则逐渐增大。此外,微观结构分析发现振动扰动使得土体结构逐渐丧失,孔隙逐渐减小,颗粒间逐渐趋于紧密,振动扰动使得土结构呈现从原状土向重塑土逐渐转变趋势。结合SEM试验对比分析了不同扰动程度试样的微结构形态特征的异同,从微观角度解释了土样宏观压缩特性差异的原因。(3)对不同扰动程度下的软黏土开展了无侧限抗压强度试验和直剪试验,探讨不同振动频率、时长对软黏土抗剪强度特性的影响规律和作用机制。结果表明:在某频率下,振动时长越大,土样的受扰程度越大。振动时长一定时,频率越高,土样的受扰程度越大,触变性越强。各振动扰动状态下的土样黏聚力c和抗剪强度的大小介于原状土和重塑土之间。频率一定时,随着振动时长增加,或者振动时长一定时,随着振动频率的增加,黏聚力c和抗剪强度都不断减小。此外,各工况内摩擦角大体都在20°左右变化,表明振动过程并未对颗粒间的滑动和咬合造成影响。此外,基于Burland提出的归一化压缩理论和Chandler提出的归一化强度理论,对各种工况下土样的压缩和强度曲线进行处理,结果表明:重塑土均可以归一化于固有压缩线和强度线上,原状土位于所有线最上方,而扰动土受结构性损伤影响,相同频率下,振动时长越大越靠近固有压缩线和强度线;相同振动时长下,频率越高越靠近固有压缩线和强度线。
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