基于综合结构势概念的原状第四纪中更新世黄土试验研究

摘要

随着西部大开发战略的实施,西部地区的建设工程中经常遇到黄土工程。经调查统计,经常涉及到原状第四纪中更新世黄土,而原状第四纪中更新世黄土是一种典型的非饱和强结构性、欠压密性和湿陷性土,导致在黄土地区修建工程的特殊性和复杂性,这就需要进一步发展黄土力学理论和相应的工程技术。
　　本文在进行充分文献调研之后,结合前人相关领域的研究,基于综合结构势理论,在矿物成分分析的基础上,利用特制的非饱和土三轴仪器对不同含水率下的原状第四系中更新世黄土进行了三轴剪切试验和结构性研究。其主要成果如下:
　　①通过利用德国BEVKER-axs公司生产的D8ADVANCE型X射线衍射仪对原状第四纪中更新世黄土进行扫描得出原状第四纪中更新世黄土矿物成分主要以石英、钠长石为主。通过对原状第四纪中更新世黄土进行室内试验(物理性质试验、三轴剪切试验)获得其物理性质和力学性质。
　　②在三轴试验的基础上,得到了原状、重塑第四纪中更新世黄土的基质吸力随含水率和围压变化的变化规律,并对原状土和重塑土的基质吸力进行比较得出:围压相同、含水率相同的情况下,整体上重塑土的基质吸力比原状土的要高些,但也相差不大。
　　③在三轴试验的基础上,得到原状、重塑第四纪中更新世黄土的偏应力随含水率和围压变化的变化规律。原状黄土试件从加载直至破坏需经历四个阶段:1)压密阶段;2)压缩阶段;3)微裂缝开展阶段;4)剪切破坏阶段,在低含水率和低围压下呈脆性破坏型(弱软化)。重塑黄土试件呈塑性破坏型(硬化),没有峰值点。通过摩尔—库伦破坏准则求取了相关强度指标c',ψ',φb,建立原状、重塑第四纪中更新世黄土抗剪强度表达式。
　　④在前人研究成果和本人试验的基础上,提出了可反映球应力、偏应力和基质吸力对土结构性共同作用影响下的结构性参数mη,揭示了原状第四纪中更新世黄土结构性的变化机理,解释了结构性参数mη的变化规律。在此基础上,通过三轴剪切试验来研究了原状第四纪中更新世黄土强度参数与结构性参数等之间的关系。
　　⑤把考虑球应力、偏应力和基质吸力对土共同作用影响的应力比结构性参数引入原状第四纪中更新世黄土的本构模型中(K-G模型),从而得到新的本构关系表达式,通过表达式里的试验参数反映了不同试验条件对原状第四纪中更新世黄土的结构性的影响。新的本构关系还可以描述软化型的应力比—偏应变曲线,试验结果和通过新本构关系计算的计算结果比较吻合,通过模型把应力比结构性参数引入原状第四纪中更新世黄土的本构关系是一种可靠且简单的方法。