非饱和粉土土水特征曲线与强度特性试验研究

发布时间：2020-10-12 15:15

　　 自然界中的土体以固、液、气三相状态存在,地下水位之上的土体以非饱和状态存在。在工程建设中,对非饱和土问题的分析成为目前研究的重点和难点。目前,从土体含水状态的变化、渗流特性、土体的稳定性分析角度出发,对非饱和土的研究主要集中在土水特征曲线模型的建立以及土体在非饱和状态下的强度和变形特征分析。因此,通过室内试验及模型计算研究非饱和土的体积含水量、基质吸力及土体的非饱和抗剪强度三者之间的关系是研究非饱和土问题的重要手段。本文从基质吸力对土体体积含水量以及基质吸力和净压力对土体强度影响的角度出发,以郑州某场地的粉土为研究对象,对所取土样进行了基本物性试验及渗透规律研究,并用压力板仪系统和非饱和土直剪仪对所取土样进行了土水特征曲线和非饱和强度特征的试验研究。本文主要研究内容如下:(1)通过压力板试验测试了初始干密度不同经固结试验后干密度相同的各粉土试样的土水特征曲线,分别得到了不同固结程度粉土试样的初始脱湿曲线、主吸湿线和主脱湿线。试验结果表明,固结压缩试验对土水特征曲线形态的影响并不是由固结压力所决定,而是由固结压力施加后土样的干密度变化所决定。(2)对粉土试样的主吸湿线和主脱湿线进行了对比分析及模型验证。研究结果表明,利用孔隙介质毛细滞回简化模型可以对粉土土水特征曲线的主脱湿曲线进行模拟计算,且计算结果与试验结果吻合较好。(3)利用非饱和直剪仪对干密度为1.78 g/cm~3的重塑粉土样进行了不同围压和基质吸力工况下的剪切试验。通过对非饱和粉土剪切破坏曲线分析发现,基质吸力对粉土在小变形下的抗剪强度发挥影响效应不显著,待剪切位移大于1.3 mm时,粉土的抗剪强度特性呈现基质吸力越高剪应力越大的趋势更加明显。(4)在土水特征曲线试验研究基础上,将粉土的水理特性和力学特性进行统一分析,考虑了基质吸力这一应力变量对不同饱和度粉土非饱和抗剪强度的影响,并得到抗剪强度指标随粉土基质吸力的变化规律。研究结果表明,粉土的非饱和抗剪强度随基质吸力增大而提高的规律可以分为线性增长阶段和非线性增长阶段,另外,在土样的排水过程中,粉土的非饱和内摩擦角和黏聚力随基质吸力的增加(0-200 kPa)而线性增加。上述研究成果对粉土的土水特征曲线理论模型的验证、应用及推广具有一定的借鉴意义;另外,将土体的水理特性和力学特性联系起来进行了分析,对解决土体在不同含水状态下的强度及变形特性具有一定的实用和指导价值。
【学位单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU41
【部分图文】：

本文技术路线图

图 2-2 TST-55 型渗透仪及渗透试验过程Fig. 2-2 TST-55 Type osmometer and penetration test process渗透系数的大小与土体的孔隙比、土体的颗粒大小与土体颗粒级配、土体的构有关；粉土的土颗粒较粗，多呈粒状、架空接触等微观结构特征，因而粉土

图 2-3 重塑粉土的干密度对渗透系数影响曲线Figure 2-3 Recycled silt dry density on the permeability coefficient cur-3 可见，不同干密度重塑粉土试样的渗透系数数量级为 10-5c增大，重塑粉土的渗透系数不断减小，这是由于干密度增大时
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本文编号：2837943