重塑黄土湿陷模型试验与湿陷性评价研究

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。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1. 1研究目的及意义

1. 2国内外研究现状

1. 3研究方法与技术路线

第二章 重塑黄土湿陷变形过程模型试验

2. 1试验目的与关键技术

2. 2模型介绍

2. 3方案设计

2. 4黄土水分下渗规律分析

2. 5黄土土水特征分析

2. 6黄土自重湿陷特征分析

2. 7小结

第三章 重塑黄土湿陷变形数值模拟分析

3. 1模拟软件简介

3. 2基于SEEP的建模与网格划分

3. 3边界条件及材料参数确定

3. 4渗流模拟结果

3.5耦合SIGMA计算湿陷量

3. 6自重湿陷量差异分析

3. 7小结

第四章 重塑黄土湿陷变形的微观机理研究

4. 1黄土的反复湿陷试验

4. 2微结构对湿陷性的影响

4. 3重塑黄土的CT扫描

4. 4C T图像定性分析

4. 5重塑黄土的电镜扫描

4.6图像处理软件IPP介绍

4.7基于IPP的图像分析

4. 8小结

第五章 重塑黄土自重湿陷性评价方法探讨

5. 1黄土的自重湿陷试验

5. 2黄土的自重湿陷量计算

5. 3自重湿陷量差异分析

5. 4基于模型试验的湿陷性评价模型

5. 5小结

第六章 结论与展望

6. 1结论

6. 2展望

参考文献

攻读学位期间所取得的成果

致谢