压实及石灰改良黄土的力学和水力特性试验研究

发布时间：2020-10-10 03:34

　　黄土高原是“一带一路”战略的核心区。黄土作为典型的非饱和土,在天然状态下具有良好的工程性质,但因降雨或灌溉遭受增湿作用时,常会发生黄土体强度陡降、变形突增现象,即黄土的水敏性。黄土地基工程常需进行压实处理以提高力学性能,而更高要求的地基工程则需要采取改良措施。因此,深入开展压实及改良黄土的力学和水力特性的研究,对于把握其工程特性、解决黄土地区的地基工程问题具有重要的实际意义。本文以延安地区压实及石灰改良黄土为研究对象,在三轴与侧限应力条件下进行加载与增湿试验,研究含水率与压实度对其力学和水力特性的影响,并对改良黄土的改良效果进行了评价。本文主要研究工作与成果如下所述。基于等向压缩与固结排水三轴剪切试验,分析了压实度和含水率对等向压缩特性及三轴剪切应力应变、临界状态和屈服特性的影响,提出了等向压缩屈服应力及压缩指数、抗剪强度指标与含水率和压实度之间关系的表达式;揭示了在偏应力与平均应力平面上屈服面为倾斜的椭圆,且随压实度和塑性体应变的增加以及含水率的减小逐渐向外扩张;并用平均刚度、破坏偏应力及抗剪强度指标对石灰改良黄土的改良效果进行了评价。基于控制吸力侧限压缩试验,分析了吸力和压实度对压缩增湿变形特性、水量变化和土水特征的影响,对比分析了侧限与等向应力条件下压缩特性的变化;揭示了不同含水率与压实度条件下孔隙比比值与压缩应力比(净竖向应力与结构屈服应力之比)关系·具有归一性;压实度较小的压实黄土有湿陷性,而石灰改良黄土的湿陷性基本消除。基于常竖向应力条件下分级增湿试验,揭示了吸力、净竖向应力、压实度、力水路径皆和增湿级数对增湿变形特性有较大影响,不同条件下双线法比单线法测定的湿陷系数大;分析了净竖向应力和压实度对土水特征与渗水特性的影响,揭示了相同条件下非饱和石灰改良黄土的渗水系数比压实黄土的小;压实黄土的饱和度与吸力关系及渗水系数与饱和度关系可分R%用经典的Van Genuchten土水特征及渗水模型描述,进而提出了考虑净竖向应力和压实度影响的修正Van Genuchten模型。考虑净竖向应力和压实度影响的修正Van Genuchten模型。
【学位单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU444
【部分图文】：

三轴压缩仪,应变控制

静置 72h 以上，确保水分均匀迁移，同时将滤纸和试样一起和试样制备抽气的方法对试样进行饱和。首先将三轴试样装入饱和器中，水石放置在试样的上下绑扎固定，然后放入真空饱和缸中进行抽气、浸泡 24h，经测试最终的饱和度达 95%以上。限压缩试验、等向压缩试验及固结排水三轴剪切试验，选用应吸力的侧限压缩试验和常侧限应力分级增湿试验，选用非饱和增湿试验及饱和渗透试验分别选用杠杆式固结仪和南水 55 型式三轴压缩仪限压缩、等向压缩和三轴固结排水剪切试验，试验仪器采用溧0-2 型应变控制式三轴压缩仪，如图 2-1 所示，该仪器主要由压、轴压加载系统和自动采集系统构成。

气压室,非饱和土,固结仪,体变

2 研究方案与方法主要有：具有体变量测装置，可以通过内外体变管对固结；仪器具有先进自动采集系统，可以对试验过程中的竖向采集。格如下轴向力：0-8KN,最大允许位移：30mm，围压：0-1-4mm/min。结仪侧限压缩试验和常应力分级增湿试验采用的非饱和土固部件分别为：位移和空压量测系统、排水系统、试验台架有高进气值陶土板，可以采用轴平移技术进行吸力的测量结仪特点如下：

固结仪,杠杆式

（4）可控制水量和压力的增湿进水装置。增湿装置由 40mm 和 4mm 的内外高强度璃管和气压导管组成。通过加载气压增湿，可以实现在有压情况下对试样增湿浸水，中的压差传感器可以精确测量增湿水量。（5）可在指定压力下冲洗螺旋槽的冲洗装置。通过给螺旋槽两边输入两个差别为kPa 左右的水压，达到冲洗螺旋槽内气泡，避免干扰排水量和孔隙水压的测试的目的，时又可以稳定住陶土板下方的原定水压。.2.3 杠杆式固结仪和南水 55 型渗透仪杠杆式固结仪主要用来测试饱和样的压缩和后湿法所对应的增湿变形，渗透仪用来试饱和样的渗水系数。常规固结仪主要有环刀、护环、透水板、加压上盖和量表架等组成的固结容器、量程 5-10KN 的杠杆式加压设备和量程为 10mm 分度值为 0.01mm 的百分表构成变形测量设三部分，如图 2-3 所示。常规渗透仪主要有渗透支架、渗透容器、橡胶管、容量为 500mm供水瓶、温度计、量筒、长直尺和透水石等构成。该仪器常水头和变水头试验均可以进，如图 2-4 所示。

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