黄土流变特性试验研究

发布时间：2020-09-14 20:41

　　黄土滑坡灾害的各项研究中,针对黄土泥流的启动及运动机理历来受到关注,虽然已有大量研究指出黄土泥流呈流态化运移特征且运动特性与粘性流体的运动特性类似,但并未深入系统的研究黄土的流变特性,致使黄土流变特性试验研究较少。为加深对黄土流变特性认识,分析黄土流变特性随基本物理性质的变化规律,同时为黄土泥流的灾害评价提供科学合理的参数,本论文使用流变仪与粘度计对黄土试样进行了流变特性试验研究。通过一系列试验,获得了不同基本物理条件下试样的流变特性变化规律,主要分析含水率、粒径分布、添加溶液盐分浓度、洗盐与泥流过程对黄土流变特性的影响。为研究含水率对黄土的流变特性影响,通过流变仪的旋转试验,测试了设置试验条件下黄土试样的流变特性。使用Bingham模型与Herschel-Bulkley模型拟合出流变参数,分析了试样流变参数随含水率的变化关系。总结了试样的表观粘度随剪切速率的变化规律,发现了试验结果不足。与前人研究成果的对比,验证了试验结果的合理性。为进一步研究黄土相对静态的结构特性以及对外力的响应,设置了振荡试验与蠕变试验,探究试样随剪切运动会发生状态变化,验证了拟合流变参数的合理性。为研究黄土试样粒径分布差异、添加溶液盐分浓度差异及洗盐与流动对黄土试样流变特性的影响,通过粘度计的旋转试验,测试了人工调配的什川试样的流变特性。分析了黄土流变特性随基本物理性质的变化规律,同时进一步针对洗盐与流动行为对试样流变特性的影响进行分析。流变仪的旋转试验结果表明,黄土表现出显著的剪切稀释性。随着含水率的提升,黄土的屈服应力、塑性粘度与稠度迅速下降,流动性指数没有明显的变化规律。相比于塑性粘度与稠度,屈服应力对含水率的响应更为明显。随着含水率的提升,试样的流动特性将逐渐趋近于牛顿流体特性。两种流变模型中,HerschelBulkley模型对剪切速率-剪切应力关系拟合效果优于Bingham模型。通过振荡试验的测试结果可以表明,随着剪切应变的不断增大,试样的粘弹性减弱,流动性增强,当应力应变达到一定程度,试样状态会发生固体-液体状态转换,转换所需要的剪切应力随含水率的提升迅速下降。通过蠕变试验结果可以发现,Bingham模型拟合的屈服应力较Herschel-Bulkley模型更符合试验结果。粘度计的试验结果表明,黄土细颗粒含量及添加溶液盐分浓度的升高会导致黄土的屈服应力、塑性粘度及稠度升高。其主要原因在于:随着粘土颗粒含量的升高,单位体积浓度内颗粒碰撞与粘附几率增加,絮凝作用增强;随着盐分浓度的升高,粘土颗粒间双电层厚度逐渐压缩,颗粒间静电斥力下降,絮凝作用增强。由此导致流变参数随粒径分布及添加溶液盐分浓度变化。对于本次获取的流动前后的试样,由于其含盐量相差不大,流动后导致细颗粒含量减少,因此试样的屈服应力、塑性粘度及稠度均会降低。对于洗盐前后试样,尽管试样的含盐量降低,但是细颗粒含量增加,在两种相反作用下,粒径分布的影响大于盐分浓度对试样的影响,最终导致试样流变特性变化。本文系统研究不同基本物理性质条件下的黄土试样,通过大量试验分析了含水率、粒径分布、盐分浓度差异对黄土流变特性的影响,还进一步针对洗盐与流动两种过程对黄土试样的流变特性进行了分析,为黄土泥流的流动行为研究提供基础试验参数。黄土流变特性的试验研究将对黄土高原地区的黄土泥流的监测预警、灾害防治与风险评价具有重要的意义。
【学位单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU44;P642.2
【部分图文】：

示意图,平板模型,示意图,计算公式

平板模型示意图

模型图,模型,屈服应力

Bingham模型

示意图,理想模型,示意图,粘性模型

图 1-2 理想模型示意图(a) Hooke 理想弹性模型；(b) St. Venant 理想塑性模型；(c) Newtonian 理想粘性模型现实中的物体一般都不是理想模型，但通过三种模型的组合便可以近似

【相似文献】