基于细观组构演化的黄土蠕变特征及其机理试验研究

发布时间：2020-05-24 20:19

【摘要】：黄土是一种以粉土颗粒为主的第四纪松散堆积物,广泛分布于我国西部黄土高原地区。由于黄土性质的特殊性,加之近年来基础设施建设的快速发展,导致黄土地质灾害或岩土工程问题越来越突出,特别是与时间效应密切相关的黄土变形及稳定性问题频频出现。在一定应力持续作用下,土体变形随时间而持续增长发展的过程,就是所谓的蠕变。虽然国内外从理论和试验方面对土体的蠕变行为已经有了一定的研究,得到了许多有益的成果,但是由于土体蠕变问题的复杂性,自然条件的多样性,对于特定条件下的土体蠕变行为的探究仍然值得推进,特别是对于广泛分布于我国西部地区的黄土这种特殊类土的蠕变行为及其细观机理的研究还相对较少。本文在资料收集和国内外文献调研的基础上,通过野外调查,以延安马兰黄土为研究对象,首先,对原状黄土利用土力学室内基本实验获取了其基本物理指标,通过对马兰黄土进行颗粒分离试验、原状和重塑土样室内常规压力固结蠕变试验、微观结构试验,得到了初始含水率、初始压实度、黏粒含量、结构性以及固结压力对其固结蠕变特性的影响规律,并对变形机制进行了探讨,同时建立了孔隙率、固结压力和次固结系数三者之间的相互关系。其次,以离散元分析软件颗粒流程序PFC2D为技术手段,对离散元模拟黄土蠕变过程中拟解决的关键问题进行研究,包括数值试样物理参数的确定及数值试样的制备、蠕变试验细观接触本构模型的选取及参数标定、模型状态参量的测量等。最后,采用颗粒离散元方法对制备的离散元试样进行一维固结蠕变及双轴蠕变数值试验,并对试验结果进行了分析,讨论了颗粒离散单元法对于研究黄土蠕变性质的适用性,最后基于蠕变过程中模型细观组构和状态参量的演化规律,对黄土蠕变的细观机理进行了进一步探讨。通过本文研究结果表明,延安马兰黄土具有较为明显的次固结现象,初始含水率、初始压实度、黏粒含量、结构性以及固结压力对其固结蠕变特性均具有一定影响,重塑黄土次固结系数和初始孔隙率的比值与初始孔隙率之间表现为线性关系,反映出次固结系数与初始孔隙率关系曲线表现为双曲线形式,这两者之间的定量关系为工程中估算土体次固结系数提供了一种便捷方法;分析认为采用PFC2D模拟黄土的蠕变行为,能够真实地再现黄土蠕变室内曲线的分阶段特征和蠕变本构特征。黄土的蠕变与其内部细观颗粒单元的相对运动、旋转和排列重组密不可分,颗粒单元的这种调整过程最直观的细观演化就是颗粒平均接触数即配位数的变化。细观参量及组构的演化特征能够很好地揭示宏观蠕变现象背后的细观机理。随着蠕变的进行,蠕变应力逐渐由法向接触力而不是切向接触力承担,并且具有各向异性特征。蠕变的结果使颗粒接触点增多,骨架颗粒由点接触转向团粒重叠接触,相互间的约束性增强,骨架趋向于更稳定的结构,从而能够承受更大的荷载。本文相关研究成果对于从更深层次了解黄土的蠕变特征及其机理,有效控制影响蠕变的因素,预防和减少滑坡等灾害发生以及指导黄土地区工程建设并保证工程基础长期安全稳定具有重要的理论和实际意义。
【图文】：

黄土地区涉及时间效应的工程或灾害对于土体蠕变性质的研究主要从宏观和微-细观两个角度出发：从宏观角度来说，

基于细观组构演化的黄土蠕变特征及其机理试验研究

技术路线图
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU444

【参考文献】