高围压下卸载速率对饱和黏土力学性质的影响试验及其微观机理

摘要

本文采用高压三轴试验和微观分析方法，对重塑饱和黏土和原状饱和黏土进行了固结不排水卸载试验，研究了在高围压下，卸载速率、围压以及土样性质对饱和黏土的应力应变、孔隙水压力等力学特性的影响。主要工作与获得的认识如下：
　　（1）试验获得了不同卸载速率对土样应力应变特性的影响特点。当卸载速率为5kPa/min和50kPa/min时，重塑土样应力应变曲线呈应变软化型，且卸载速率越小，峰值点所对应的轴向应变越大。当卸载速率为10kPa/min～50kPa/min时，最大偏应力值随卸载速率的增大而增大，且卸载速率越大，应力应变曲线的起始坡度越陡；当卸载速率减小到5kPa/min时，应力应变曲线的变化趋势有所改变，最大偏应力不是减小反而增大，曲线起始坡度也变陡，即在5kPa/min~10kPa/min之间存在一个“转换卸载速率”；原状土样与重塑土样的应力应变曲线变化规律相似，但“转换卸载速率”值有所不同，原状土样“转换卸载速率”在20kPa/min～40kPa/min范围内。
　　（2）试验获得了不同的卸载速率对土样孔压特性的影响特点。整体上原状土样的孔隙水压力峰值比重塑土样的峰值大，但是原状土样和重塑土样在相同的卸载速率下孔隙水压力随偏应力变化曲线的发展规律是不相同的。重塑土样孔压随轴向应变的发展存在一个“拐点”，即“拐点”前后孔压随轴向应变的增长速率有所改变，在“拐点”前孔压随轴向应变增长快，在“拐点”后增长速率变慢，且卸载速率越大，“拐点”所对应的轴向应变值越大。孔压-轴向应变变化曲线表明，卸载速率在20kPa/min～50kPa/min范围内存在一个“转换卸载速率”，使得在这一卸载速率上下土样的孔压特性有所改变。
　　（3）试验获得了不同固结围压对土样应力应变特性的影响特点。同一卸载速率20kPa/min，当固结围压为2MPa、3MPa时，原状土样应力应变曲线为应变硬化型，固结围压越大，偏应力峰值越大。当固结围压为6MPa时，应力应变曲线为应变软化型，偏应力峰值变小；在同一固结围压下，当偏应力大小相等时，围压越小，土样变形越大。
　　（4）通过环境扫描电子显微镜对卸载试验后土样微观分析。重塑土样和原状土样经过三轴卸载试验后，土样结构变得松散，孔隙变多，发生剪切变形破坏的土样在剪切面有明显的定向性擦痕；剪切面上有数条拉张裂缝，且张裂缝大多处于较大的颗粒周围，主裂缝旁边衍生出许多细小的次级裂缝。
　　（5）利用液氮吸附试验研究卸载试验前后土样孔隙变化。发现随着卸载速率的增加，平均孔直径减小，对于原状土样，直径由5.77nm减小到4.76nm，对于重塑土样，直径由8.38nm减小到6.73nm；且在相同围压下卸载速率增大，吸、脱附曲线类型有所变化，由L2类曲线变为L3类曲线，即孔隙的连通性由差变好。

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变量注释表

1绪论

1.1研究意义与背景（Background and Significance）

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

1.3存在的不足（Problems）

1.4研究内容与技术路线（Content and Technical Route）

2 三轴试验设备与试验方案

2.1高压三轴试验系统简介（Introduction to Static High Pressure Triaxial TestSystem）

2.2试样制备（Preparationof Soil Samples）

2.3试验方案与步骤（TestMethods and Procedures）

3三轴试验结果

3.1重塑土试样的三轴试验结果(Triaxial Test Resultsof Remolded Soil Samples)

3.2原状土样的三轴试验结果(Triaxial Test Results of Undisturbed Soils Samples)

3.3本章小结（Summary）

4试验结果讨论

4.1应力应变特性(Stress-Strain Behavior)

4.2孔隙水压力随偏应力的变化特性分析（Analysis ofPoreWater Pressure-Deviator Stress Characteristics）

4.3孔隙水压力随轴向应变的变化特性分析(Analysis ofPore Water Pressure-Axial StrainCharacteristics)

4.4本章小结（Summary）

5 微结构分析

5.1环境扫描电子显微镜（Environment Scan Electron Microscope）

5.2环境扫描电镜样品制备与测试(Sample Preparation and Environment Scan Electron Microscope Testing）

5.3结果分析与讨论（Result Analysis and Discussion）

5.4 本章小结(Summary)

6基于液氮吸附实验分析不同卸载速率对土样微孔的影响

6.1原状样液氮吸附试验（Liquid Nitrogen AdsorptionTestof Undisturbed Soil Samples）

6.2重塑土样液氮吸附试验（Liquid Nitrogen Adsorption Test of Disturbed SoilSamples）

6.3本章小结（Summary）

7结论与展望

7.1主要结论（Main Conclusions）

7.2展望（Further Study）

参考文献

作者简历

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