基质吸力影响的弱胶结砂强度与溃砂失稳分析

摘要

本文在综合考虑溃砂开采条件，溃砂导致的地质灾害和溃砂与弱胶结砂强度的关系等条件下，主要采用室内实验，模型试验和理论推导的方法，对基质吸力影响下的弱胶结砂强度，溃砂失稳机理和形状特征进行分析，取得如下成果。
　　（1）根据原状土样的基本物理性质，崩解试验和重塑土的强度测试，表明弱胶结砂在干燥时与有水存在时，强度发生巨大变化，同时，随着含水量的增加，弱胶结砂的强度急剧下降；黏粒含量增加，弱胶结砂的强度也显著提升。
　　（2）选取基质吸力，净法向应力和颗粒级配作为控制变量，利用非饱和四联直剪仪对重塑弱胶结砂土样的抗剪强度进行测试。由试验可知，三种变量均与弱胶结砂抗剪强度呈正相关。试验结果表明，基质吸力占抗剪强度的权重为0~40％，且基质吸力越大，基质吸力占抗剪强度的权重越大。
　　（3）选取干密度、黏粒含量和含水率为控制变量，利用滤纸法测量基质吸力，得出不同条件下弱胶结砂基质吸力的特征曲线，由此可得出饱和度与基质吸力呈负相关；干密度与基质吸力呈正相关，但总体体影响不大；而黏粒含量对基质吸力影响较大，呈正相关。
　　（4）由弱胶结溃砂模拟试验可知，在弱胶结砂的溃砂过程中，在溃砂口上部会形成一个漏斗，且水位面以上砂层形成了直立的陡壁，这两者会形成一个近乎垂直的夹角。通过土条单元的力学分析，建立了考虑基质吸力的弱胶结砂强度与水位面以上陡坡和溃砂形成漏斗的夹角的关系表达式。

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变量注释表

1 绪论

1.1研究背景和意义（Research Background and Significance）

1.2国内外研究现状（Research Status at Home and Abroad）

1.3 研究的主要内容（Research Contents）

1.4 技术路线（Technology Roadmap）

2 弱胶结砂及强度特征

2.1土样的基本物理性质（The Basic Physical Properties of Soil Samples）

2.2土样的强度特征（The Strength Characteristics of Soil Samples）

2.3本章小结（Chapter Summary）

3 基质吸力影响弱胶结砂强度试验

3.1非饱和土的强度和基质吸力（The Strength of Unsaturated Soils and Matric Suction）

3.2试验仪器（Test Instruments）

3.3弱胶结砂土抗剪强度试验（Shear Strength Test of Weak Cemented Sand）

3.4试验数据分析（Test Data Analysis）

3.5本章小结（Chapter Summary）

4 影响弱胶结砂基质吸力的因素分析

4.1试验仪器（Test Instruments）

4.2重塑土基质吸力测试（Matric Suction Test of Remolded Soil）

4.3基质吸力影响因素分析(Affecting Factors Analysis of Matric Suction)

4.4本章小结（Chapter Summary）

5 溃砂过程弱胶结砂的强度与稳定性

5.1试验设计(Test Design)

5.2试验模型现象(Phenomenon of Test Model)

5.3弱胶结砂强度特征对比分析(Comparative Analysis of Weak Cemented Sand Strength Characteristics)

5.4本章小结（Chapter Summary）

6 结论与不足

6.1 结论（Conclusions）

6.2 不足（Deficiency）

参考文献

作者简历

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