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为研究粘性土结构强度热效应的规律并探索其机理,本文以南宁市河流冲积相粘性土为研究对象,利用恒温恒湿箱、GDS三轴试验仪、X射线衍射仪、比表面积测定仪等仪器,进行了大量的室内试验,得到了粘性土抗剪强度和微细观结构热效应的规律,进而分析了粘性土结构强度热效应的机理。主要研究成果如下:
1.开展了不同温度环境下不同含水量和干密度土样的三轴剪切试验,得到以下主要结论:粘性土抗剪强度的热效应存在着一个临界含水量,此临界含水量约为其最优含水量。当温度从20℃上升到40℃时,若小于临界含水量,粘聚力降低,内摩擦角升高,反之则粘聚力升高,内摩擦角降低;当温度从40℃上升到60℃时,若小于临界含水量,内摩擦角降低,反之则内摩擦角升高,而土样的粘聚力都升高。在临界含水量处,粘性土的热效应最不明显,而含水量与临界含水量相差越大,热效应越显著。对于含水量小于临界含水量的土样,存在一个干密度,使其热效应最显著,此干密度远小于最大干密度,大于临界含水量土样的热效应与干密度之间的规律并不明显。此外,试验还得到了不同温度环境下粘性土抗剪强度与含水量和干密度的关系。
2.开展了不同温度环境下粘性土微细观结构热效应的试验,试验结果表明:风干土的矿物成分和比表面积在不同温度作用下没有发生变化,但是湿土的比表面积随温度上升而减小。土体提取液中铁、铝离子浓度随温度的升高先减小后增大,钙、镁、锰、钠、钾离子浓度随温度的升高而增大,且10∶1和20∶1两种水土质量比的提取液所表现出来的规律一样。试样的表面电导率随温度的升高而增大,且增长幅度随含水量和干密度的增加而增大;在不同的温度环境中,电导率随试样含水量的增加而增大,且在某一含水量区间(22%~25.6%)的增长速率比其它区间大;低含水量试样的电导率随干密度的增加先增大后减小,而高含水量试样的电导率随干密度的增加而增大。
3.开展了不同温度环境下的土水特征曲线试验,得到了基质吸力随温度的变化规律。基于土水特征曲线和微细观结构的试验结果,分析了温度作用下土体结构的变化机理,并从基质吸力、扩散层、溶解、离子交换等方面将微细观结构和宏观强度联系起来,探索粘性土结构强度热效应的机理。