季冻区路基用粉砂土微观特征与宏观力学行为研究

发布时间：2017-04-14 11:05

  本文关键词：季冻区路基用粉砂土微观特征与宏观力学行为研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：我国季冻区面积约占一半以上的国土面积,且分布广泛。路基土的物理及力学特性在经历冻融作用后会发生不利的变化,进而影响了路基的承载力。因此季冻区的道路经常会出现鼓包、翻浆等冻害现象。为此,本文研究了冻融作用对粉砂土剪切特性和路基边坡稳定性的影响,然后分析了粉砂土的微观结构在冻融作用下的变化,最后讨论了冻融作用下宏观力学特性与微观结构之间的关联性。本文的试验土样取自长春某公路沿线,根据击实试验的结果,分别在最佳含水率和最佳含水率±2%下制成压实度大于96%的试件。在封闭式环境下,对试件进行0~16次冻融循环。通过三轴试验和数据整理发现:粉砂土的抗剪强度在冻融作用下基本均会出现先下降后趋于稳定的变化规律,但由于含水量的不同,抗剪强度的下降程度会稍有区别;粘聚力在冻融作用下基本呈下降趋势;内摩擦角在一定范围内波动;低含水量土样的粘聚力和摩擦角大于含水量较高的土样。由于粉砂土所含的黏粒较少,粘聚力较小,即使是低填高,缓边坡的粉砂土路基的稳定性也较低,特别在经历冻融作用后该路基失稳的可能性更大。为此,本文研究了路基边坡在未冻融状态下和冻融条件下边坡的稳定性。结果发现:路基边坡的稳定性主要与边坡土体土质、坡度、高度、车辆荷载等因素有关,并且春融期间边坡土体抗剪强度主要受到含水量的影响,当水量聚集在交界面一定程度时,土体就会沿着冻结面滑塌。土样的微观结构图像通过用扫描电镜(SEM)来获取,然后通过数字图像处理技术及分形等理论来获取微结构的基本几何信息,通过定量分析得到微观结构参数在冻融作用下各自的变化规律,最后利用灰色关联法评价了路基土的抗剪强度和边坡稳定系数与微观结构之间的关联性。
【关键词】：粉砂土 冻融作用 三轴试验 微观结构 宏微观关系
【学位授予单位】：吉林建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U416.16
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 课题背景13-14
• 1.2 冻融作用研究现状14-17
• 1.2.1 国外研究现状14-16
• 1.2.2 国内研究现状16-17
• 1.3 土的微观结构研究现状17-19
• 1.3.1 国外研究现状17-18
• 1.3.2 国内研究现状18-19
• 1.4 本文的主要研究内容19-21
• 第2章 冻融作用对粉砂土剪切特性影响研究21-32
• 2.1 概述21-22
• 2.2 试样方案22-28
• 2.2.1 试验土样制备22-24
• 2.2.2 三轴试验原理24-28
• 2.3 试验结果分析28-31
• 2.3.1 不同含水量下抗剪强度在冻融作用下变化规律28-30
• 2.3.2 不同含水量下粘聚力和摩擦角在冻融作用下变化规律30-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 冻融作用对粉砂土路基边坡稳定性的影响32-44
• 3.1 概述32
• 3.2 未冻融状态路基边坡稳定性分析32-38
• 3.2.1 边坡尺寸32-34
• 3.2.2 Bishop（毕肖普）条分法34
• 3.2.3 基于ANSYS有限元分析边坡稳定性34-38
• 3.3 冻融作用对路基边坡稳定性的影响38-42
• 3.3.1 冻融状态边坡的稳定系数38-40
• 3.3.2 考虑车辆荷载下路基边坡的稳定性40-41
• 3.3.3 路基的临界填土高度与冻融作用的关系41-42
• 3.4 本章小结42-44
• 第4章 冻融作用对粉砂土微观结构的影响分析44-70
• 4.1 概述44-45
• 4.1.1 土的微观结构的概念44
• 4.1.2 微观结构的研究方法44-45
• 4.2 土微观结构试验方法45-52
• 4.2.1 本文微观结构研究的技术路线45-46
• 4.2.2 试样制备及图像获取46-48
• 4.2.3 基于Matlab程序处理数字图像处理技术48-51
• 4.2.4 微观结构参数的选取51-52
• 4.2.5 分形分维理论52
• 4.3 路基土微观结构试验结果分析52-63
• 4.3.1 颗粒大小定量分析52-56
• 4.3.2 颗粒形状定量分析56-58
• 4.3.3 颗粒表面起伏定量分析58-59
• 4.3.4 颗粒定向性定量分析59-60
• 4.3.5 孔径的定量分析60-63
• 4.4 冻融作用下宏观力学与微观结构的关系研究63-68
• 4.4.1 灰色关联法63
• 4.4.2 灰色关联分析方法63-64
• 4.4.3 灰色关联结果分析64-68
• 4.5 本章小结68-70
• 第5章 结论与展望70-73
• 5.1 结论70-71
• 5.2 创新点71
• 5.3 展望71-73
• 参考文献73-79
• 攻读学位期间发表的学术论文79-80
• 致谢80

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本文编号：305841