含盐量对非饱和伊犁黄土应力应变关系的影响规律

发布时间：2020-04-13 06:32

【摘要】：新疆伊犁黄土和黄土高原黄土形成年代、成因一致,都属于晚更新风成黄土。但伊犁黄土在形成过程中受大西洋气候影响,属于西风区黄土,与黄土高原受东亚季风影响的季风区黄土存在许多差异,主要表现在异常强烈的湿陷性,具有超过盐渍土标准的易溶盐含量,是我国唯一受大西洋气候影响的西风区黄土。鉴于伊犁黄土的特殊性,需要专门对其进行研究,这不仅是伊犁地区工程建设的需要,更是对黄土理论的补充。本文从“一带一路”战略决策下新疆伊犁地区的大量工程建设出发,以非饱和土力学为理论基础,研究不同易溶盐含量下非饱和伊犁黄土的变形、强度等力学性质,为伊犁地区的工程建设提供参考。本研究考虑伊犁黄土易溶盐含量高的特点,利用原状黄土在无上覆压力时少量加水无湿陷且结构不变的特点,借助水膜转移法将配制好的盐溶液分多天、多次滴加到制得的原状非饱和伊犁黄土试样中,制成易溶盐含量分别为:5,14,26 g/kg的3种试样,采用室内非饱和土三轴仪对原状非饱和伊犁黄土开展了3种易溶盐含量下控制基质吸力(50,100,150 kPa)和27级(两次回弹)净平均应力的等向压缩-回弹试验,研究易溶盐含量、基质吸力、净平均应力对伊犁黄土压缩变形特性、屈服特性的影响;开展3种易溶盐含量下控制基质吸力和净围压(100,200,300 kPa)的三轴固结排水剪切试验,研究了各因素对非饱和伊犁黄土强度特性的影响。最后基于Barcelona模型分析了各因素对模型参数的影响,推得了非饱和伊犁黄土屈服面方程。取得了如下的成果:(1)等向压缩-回弹试验结果表明:其他条件相同时,净平均应力越大,试样的压缩变形越大;易溶盐含量和净平均应力相同时,试样压缩变形随着基质吸力的升高而减小,体现了基质吸力对原状伊犁黄土结构性的增强作用;基质吸力和净平均应力相同时,易溶盐含量为14 g/kg试样产生的压缩变形量最大,易溶盐含量为26 g/kg试样次之,易溶盐含量为5 g/kg试样的压缩变形量最小。随着基质吸力的增大,伊犁黄土屈服应力增大,随着易溶盐含量的提高,屈服应力呈现先增大后减小的趋势。(2)三轴固结排水剪切试验结果表明:所有非饱和伊犁黄土试样在剪切过程中偏应力-轴向应变关系曲线均为硬化型,破坏形式均为鼓状塑性破坏,剪切过程中试样体积减小,呈现剪缩特性。原状非饱和伊犁黄土在相同易溶盐含量和相同基质吸力作用下,净围压越大强度越高,在相同净围压作用下,基质吸力越大强度越高;相同净围压、相同基质吸力作用下,易溶盐含量为14 g/kg非饱和伊犁黄土的强度最高。(3)模型参数变化规律:基于Barcelona模型对试验得到的模型参数进行了整理,得出如下规律:其他条件相同时,随着基质吸力的增大,等向压缩弹性参数κ和固结参数λ都减小,有效黏聚力增大,有效内摩擦角和剪切破坏常数M几乎不变;随着易溶盐含量的提高,等向压缩弹性参数κ和固结参数λ都增大,有效黏聚力、吸力摩擦角及参数k呈先增大后减小的趋势,有效内摩擦角和剪切破坏常数M呈先减小后增大的趋势。(4)基于Barcelona模型,通过分析易溶盐含量和基质吸力对加荷增湿屈服线和剪切屈服方程参数的影响规律,建立了可以考虑易溶盐含量和基质吸力两个因素耦合变化的屈服面方程。本文的研究成果深化了西风区黄土力学理论,加深了对伊犁地区非饱和黄土本构关系的认识,可以为伊犁黄土地区的工程建设及灾害预防提供参考。
【图文】：

压力室,压力试验机,压力体,应变控制

图 2-2 FSY30 型应力应变控制式非饱和土三轴仪Fig. 2-2 FSY30 type stress and strain controlled unsaturated soil triaxial apparatus该仪器主要有四部分组成：应变控制式压力试验机、压力体变柜、非饱和压力室和工试验数据采集系统组成。（1）应变控制式压力试验机压力试验机是控制应变及提供竖向荷载的装置，主要有变速箱、压力机、机架等组。应变的控制有电动和手动两种方式。电动是通过变速箱实现的，变速箱内有电机和多大小不一的齿轮。电源接通后电动机提供动力带动主动齿轮转动，通过变速箱上的个抽拉杆轴可以控制不同的从动齿轮和主动齿轮接触以改变压力室上升的速率；手动通过压力机箱体上的手轮轴实现的，手轮轴通过抽拉可以有四个档位：①运行档：也是电动档，手柄轴后齿轮和压力机箱体齿轮吻合后，电机通过链条带动手柄轴转动使力室底座上升；②微调档：手轮转一圈，，压力室上升（或下降）0.1 mm；③空挡：此手轮转动无效；④快速档：手轮转一圈，压力室上升（或下降）0.2 mm。压力机由箱体、立柱、横梁、油缸等组成。两立柱间净宽 37 cm，压力室底座与横间净高 85 cm，以满足压力室的上下移动空间以及试样的装卸。箱体内是蜗轮和高精

曲线,易溶盐,伊犁,非饱和

（c）θ=26 g/kg— —.s=50 kPa;—■—.s=100 kPa;—▲—.s=150 kPa图 3-10 不同易溶盐含量非饱和伊犁黄土等向压缩阶段的 e-lnp 曲线-10 e-lnp curves from isotropic compression tests with different soluble salt content of unsaIli loess表 3-4 非饱和伊犁黄土的屈服应力Table 3-4 Yield stress of unsaturated Ili loess易溶盐含量 θ/g·kg-1Content of soluble salt基质吸力 s/kPaSubstrate suction屈服应力 py/kPaYield stress550 126.22100 153.42150 164.841450 137.00100 167.52150 177.02
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU444

【参考文献】