重塑黄土的增湿变形水力特性及渐近状态研究

发布时间：2020-04-16 18:13

【摘要】：实际工程中,因外在因素改变而引发土体失稳的工程问题屡见不鲜,其中降雨积水入渗和排水条件改变是两种常见的工况。降雨积水入渗会引起土体湿度变化,排水条件(排水、不排水和部分排水)的不同会使土体表现出不同的力学特性,两者都可能引发工程问题。因此,对积水入渗条件下增湿变形水力特性及不同排水条件下渐近状态特性进行研究,具有重要的理论与实际意义。为此,本文以重塑黄土为研究对象,采用一维瞬态土柱渗透仪进行土柱积水入渗试验,采用三联固结仪及渗透仪分别进行常规压缩、渗透试验，以及采用GDS非饱和土三轴仪进行不同排水(吸水)条件下的三轴剪切试验,研究了干密度、竖向压力对非饱和重塑黄土压缩增湿变形、持水特性及渗水特性的影响,探讨了排水条件对饱和重塑黄土力学特性的影响。主要工作与研究成果如下所述:侧限条件下,对相同制样含水率、不同干密度重塑黄土试样,在不同竖向压力下进行了土柱积水入渗试验,同时对不同含水率、干密度试样进行了常规压缩试验以及对不同干密度饱和试样进行了渗透试验,分析了干密度、含水率及试验方法对压缩特性指标及增湿变形特性的影响,揭示了土柱压缩试验测定出土的压缩指数比常规压缩试验的小,但试验方法对弹性指数屈服压力的影响很小;分析了试验方法对饱和渗水系数影响，揭不干密度、竖向压力对以含水率与吸力关系、饱和度与吸力关系表示的持持水曲线和以渗水系数与饱和度及吸力关系的渗水曲线影响较大,而其对饱和度与吸力比关系、含水率比与吸力关系,相对渗水系数与饱和度及吸力关系影响很小,可近似归 ;进而构建了考虑干密度、竖向压力影响的同—增湿持水修正VG模型及渗水模。用控制不同应变增量比的方式模拟不同排水条件，对不同干密度饱和重塑黄土试样在不同围压、应变增量比下进行了三轴剪切试验,分析了干密度、围压及应变增量比对饱和重塑黄土应力成变特性、有效成力路径及渐近状态特性的影响，揭示了干密度及围压一定时,随着应变增量比的增大，应力应曲线上移，线型由强软化型转变为强硬化型,孔压曲线与之相反;两者共同导致了不同变增量比下，完全不同于常规固结排水及不排水剪切试验的有效应力路径。偏成力与净平均应力平面上渐近状态线的斜率随应变增量比的增大而减小,孔隙比与净平均应力平面上的渐近状态线。征成变增量比为正时(部分吸水),与临界状态线基本重合,在应变增量比为负时(部分吸水),随应变增量比减小而逐渐平行下移。最后得到了考虑饱和重塑黄土粘结应力的终值应力比与应变增量比关系,其可用针对砂土提出的渐近状态方程描述,试验点与公式线拟合较好。
【图文】：

土柱,渗透仪,瞬态,一维

图 2-2 一维土柱瞬态渗透仪图 2-3 土柱筒2 Transient permeameter of one-dimensional soil column Fig.2-3 Soil column（1）土柱筒，如图 2-3 所示，该筒为圆柱状，为有机玻璃材质。土柱筒尺寸为外径m，内径 100mm，即土柱筒厚度为 20mm，该厚度参考了已有研究[57,58]，在施加竖载后其侧向变形小于 0.02%，可忽略不计。土柱筒可分为四节，从下至上各节高度分 30、25、25、20cm，各节之间用法兰连接（内六角螺丝），可根据试验需要选择土柱度。本次试验选取两节土柱筒，高为 550mm，下部段高为 300mm，上部段高 250mm。（2）加载装置，见图 2-4，垂直加载装置由气动作动器、荷重传感器以及位移传感成。由气源为加载装置提供压力，通过施加气压控制作动器上下移动。气动作动器行距 50mm，即加压杆的最大伸长距离为 50mm；荷重传感器最大量程为 5kN，精度为位移传感器的最大量程为 50mm，精度为 0.1mm。（3）供水装置，恒定水头供给系统由 2 个底部尺寸 50×50mm，高度 300mm 的马氏及 2 个称量 5kg，感量 0.01g 天平组成，见图 2-5 所示。（4）采集传感器，采集传感器包括水分传感器与吸力传感器，分别见图 2-6、2-7。含水率的测量由 2 个 MP406-B 型水分传感器，量程 0-100%，精度 1%，安装的穿孔

土柱,圆柱状,有机玻璃,材质

图 2-2 一维土柱瞬态渗透仪图 2-3 土柱筒2 Transient permeameter of one-dimensional soil column Fig.2-3 Soil column（1）土柱筒，如图 2-3 所示，该筒为圆柱状，为有机玻璃材质。土柱筒尺寸为外径m，内径 100mm，即土柱筒厚度为 20mm，该厚度参考了已有研究[57,58]，在施加竖载后其侧向变形小于 0.02%，可忽略不计。土柱筒可分为四节，从下至上各节高度分 30、25、25、20cm，各节之间用法兰连接（内六角螺丝），可根据试验需要选择土柱度。本次试验选取两节土柱筒，高为 550mm，下部段高为 300mm，上部段高 250mm。（2）加载装置，见图 2-4，，垂直加载装置由气动作动器、荷重传感器以及位移传感成。由气源为加载装置提供压力，通过施加气压控制作动器上下移动。气动作动器行距 50mm，即加压杆的最大伸长距离为 50mm；荷重传感器最大量程为 5kN，精度为位移传感器的最大量程为 50mm，精度为 0.1mm。（3）供水装置，恒定水头供给系统由 2 个底部尺寸 50×50mm，高度 300mm 的马氏及 2 个称量 5kg，感量 0.01g 天平组成，见图 2-5 所示。（4）采集传感器，采集传感器包括水分传感器与吸力传感器，分别见图 2-6、2-7。含水率的测量由 2 个 MP406-B 型水分传感器，量程 0-100%，精度 1%，安装的穿孔
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU444

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