重塑黄土湿陷模型试验与湿陷性评价研究

发布时间：2017-09-14 21:20

  本文关键词：重塑黄土湿陷模型试验与湿陷性评价研究

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【摘要】：黄土广泛分布于我国西北地区,随着人类社会的发展,越来越多的工程项目需要在黄土地区展开,黄土的特殊性质导致其具有水敏感性,而湿陷是其水敏感性的典型表现,所以,黄土的湿陷性是黄土地区工程建设中需要解决的关键问题之一。关于黄土的湿陷性评价,前人对于饱和黄土的最终湿陷量研究较多,但从非饱和土力学角度出发,研究黄土的湿陷过程与非饱和黄土的湿陷性评价方面的研究还较少。针对以上问题,本文以自主研制的模型试验装置为工具,以重塑黄土为研究对象,开展了一系列黄土湿陷性的模型试验、数值模拟、微观试验、室内湿陷试验等试验研究。取得了以下研究成果:(1)自主研制黄土增减湿变形过程试验装置,不仅可以实测黄土的自重湿陷量与土水特征,同时可以观测其入渗与湿陷规律,试验易操作,数据可靠,是进行黄土湿陷性理论研究的理想试验装置。(2)模型试验表明,浸水过程中小时浸水量随时间呈幂函数形式降低;下渗锋面位移随时间呈三项多项式形式增大,但增速逐渐减小;黄土的湿陷发生过程分浸水期和停水期两个阶段,浸水期湿陷量占总湿陷量的77.6%,且总湿陷量随时间呈三项多项式形式增加。(3)基于模型试验进行数值模拟,得到的土体内部渗流场、不同深度各点的垂向位移和自重湿陷量与模型试验结果基本一致。(4)通过CT与电镜扫描试验,结合IPP软件对黄土微结构参数进行定性与定量分析认为:随着湿陷次数的增加,大的团粒与大孔隙逐渐消失,土体密度逐渐均匀,颗粒丰度逐渐变大,孔隙颗粒面积比逐渐减小,颗粒定向角度逐渐趋于水平;认为黄土发生湿陷的主要原因是水的浸润或溶滤作用导致其结构强度的弱化,使大的团粒逐渐崩解成小颗粒填充到孔隙中造成土体压密。(5)基于非饱和土力学理论与分层总和法原理,建立了新的湿陷性评价模型,并验证了该模型的合理性,对黄土地区工程建设具有一定的理论借鉴意义。
【关键词】：重塑黄土 模型试验 土水特征曲线 数值模拟 微结构 湿陷性评价
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU475.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 研究目的及意义10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 湿陷性黄土试验研究10-12
• 1.2.2 黄土湿陷性评价研究12-13
• 1.2.3 黄土湿陷性与其微结构的关系研究13-14
• 1.3 研究方法与技术路线14-17
• 1.3.1 研究方法14-15
• 1.3.2 技术路线15-17
• 第二章 重塑黄土湿陷变形过程模型试验17-43
• 2.1 试验目的与关键技术17
• 2.2 模型介绍17-21
• 2.2.1 试验装置17-18
• 2.2.2 监测系统18-21
• 2.3 方案设计21-25
• 2.3.1 取样与配制21-22
• 2.3.2 仪器装配与调试22-23
• 2.3.3 填土与监测系统的布置23-24
• 2.3.4 浸水与观测24-25
• 2.4 黄土水分下渗规律分析25-27
• 2.4.1 浸水量与时间的关系25-26
• 2.4.2 下渗锋面位移H与时间T的关系26-27
• 2.5 黄土土水特征分析27-38
• 2.5.1 黄土土水特征与其湿陷性的关系研究27-28
• 2.5.2 黄土不同深度体积含水率的变化规律28-31
• 2.5.3 黄土不同深度土水特征曲线的变化规律31-35
• 2.5.4 黄土非饱和渗透系数与基质吸力的关系35-38
• 2.6 黄土自重湿陷特征分析38-41
• 2.7 小结41-43
• 第三章 重塑黄土湿陷变形数值模拟分析43-48
• 3.1 模拟软件简介43
• 3.2 基于SEEP的建模与网格划分43-44
• 3.3 边界条件及材料参数确定44
• 3.4 渗流模拟结果44-45
• 3.5 耦合SIGMA计算湿陷量45-46
• 3.6 自重湿陷量差异分析46
• 3.7 小结46-48
• 第四章 重塑黄土湿陷变形的微观机理研究48-66
• 4.1 黄土的反复湿陷试验48-50
• 4.2 微结构对湿陷性的影响50
• 4.3 重塑黄土的CT扫描50-51
• 4.4 CT图像定性分析51-53
• 4.5 重塑黄土的电镜扫描53-54
• 4.6 图像处理软件IPP介绍54-57
• 4.7 基于IPP的图像分析57-64
• 4.7.1 微观参数的定义与计算57
• 4.7.2 图像选择与定量分析57-64
• 4.8 小结64-66
• 第五章 重塑黄土自重湿陷性评价方法探讨66-72
• 5.1 黄土的自重湿陷试验66-68
• 5.2 黄土的自重湿陷量计算68
• 5.3 自重湿陷量差异分析68
• 5.4 基于模型试验的湿陷性评价模型68-71
• 5.4.1 评价模型的基本思路与假定68-69
• 5.4.2 评价模型的建立及计算公式69-70
• 5.4.3 评价模型的验证70-71
• 5.5 小结71-72
• 第六章 结论与展望72-75
• 6.1 结论72-74
• 6.2 展望74-75
• 参考文献75-78
• 攻读学位期间所取得的成果78-79
• 致谢79

【参考文献】

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本文编号：852399