干湿循环下压实黄土微结构及变形特性研究

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延安市地貌以黄土丘陵、沟壑为主,受到地形条件限制,在城市建设过程中,用地紧张与资源问题日益凸显,由此实行“中疏外扩,上山建城”的发展战略成为必由之路,但却出现涉及黄土高填方场地稳定性、边坡防护以及水环境的影响等方面的岩土工程问题。延安地区干旱少雨,气候复杂多变,地下水位不断变化,使得该地区压实黄土处于一种反复干湿交替的环境中。本文主要针对干湿循环作用的影响,自主设计一种黄土增减湿过程模拟装置,测试干湿循环下压实黄土的土水特征曲线,建立与吸力有关的黄土胀缩变形模型,并利用扫描电镜和核磁共振试验,分析干湿循环作用下土体的孔隙结构变化情况,解释压实黄土的变形机理,主要研究内容及成果如下:(1)利用自主设计的黄土增减湿过程模拟装置,对压实黄土进行了浸水增湿和干燥收缩的3次反复循环试验,同时基于土壤水分和水势传感器监测结果,测试了干湿循环过程中压实黄土的SWCC曲线,探讨了干湿循环次数、干密度、增减湿过程中SWCC的变化规律,并采用前人提出的“滞回度”公式,分析了干湿循环下土水特征曲线的滞回特性。(2)将干湿循环前和循环3次以后的土样,分别进行电镜扫描和核磁共振试验,从定性和定量的角度分析了干湿循环前后土体孔隙结构的变化规律。结果表明,干密度为1.45 g/cm3和1.65g/cm3的压实黄土,干湿循环后土体的小孔隙和大孔隙均增加,微孔隙与中孔隙减小,整体孔径呈现增长,而干密度为1.55 g/cm3的压实黄土,微孔隙与小孔隙均增加,中孔隙数量降低,大孔隙数量基本不变。(3)根据对土体胀缩变形的实时监测数据,结合SWCC曲线,分析了土体的胀缩应变与吸力的关系,并建立相关变形模型。结果表明,增湿过程中土体的吸力随时间变化规律与减湿过程基本相同,且与土体的胀缩应变呈对应关系。增湿过程中,土体呈现不断膨胀现象,干密度越大,膨胀应变越大;减湿过程中,土体体积收缩,同一吸力下,随着干密度增加,土体的收缩变形增大。(4)将干湿循环前后的土样进行了高压固结试验,并结合土柱压缩试验,探讨了干湿循环作用对土体压缩特性的影响,并由土柱压缩过程中吸力与体积含水率随荷载的变化情况,分析了土体的压缩变形机理。
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