平面应变条件下的裂隙性黄土剪切带试验研究

摘要

已经有越来越多的学者注意到，常规设计中基于小变形的假设，没有考虑破坏前土体发生的局部大变形，因而不能很好的反映土体破坏的真实情况，这导致工程实际与设计结果时有偏差。 地裂缝是在内外动力作用下岩石和土层发生变形，当力的作用与积累超过岩土层内部的结合力时，岩土层发生破裂，其连续性遭到破坏，形成裂隙(含节理和断层)的一种地质现象。目前，地裂缝的发育分布特征和活动特点等已经被人们基本掌握，但在成因机理方面的研究还不成熟，仍存在不同观点和争议，关键在于还有一些基本问题未得到解决；本文以三原地区黄土为对象，在平面应变仪上，进行裂隙性黄土不同围压下的固结不排水平面应变试验；全面细致地记录整个剪切过程中土体的各种反应。分析了与地裂缝有关的黄土破裂特性及破裂行为，并在此基础上讨论了黄土地区地裂缝的成因机制与扩展机理。通过对试验数据进行分析，定量地认识剪切带现象：1)确定了剪切带开始形成以及完全形成的方法标准；2)获得各特征点(剪切带开始形成点、峰值点、剪切带完全形成点)的综合信息；3)提出了考虑变形局部化的强度标准。为了进一步了解剪切带现象，笔者运用有限差分软件FLAC，通过设置弱单元对三原地区黄土进行平面应变剪切模拟，得到一些有益结论；裂隙性黄土的剪切带特性表明，其剪切带形成主要受控于所处的应力状态及土体中原有的宏观结构面，在低围压情况下，裂隙性黄土更容易沿原有裂隙结构面产生裂缝而破坏，黄土体中多数地裂缝是在土体中原有的结构面上发育起来的。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1 问题的提出

1.2国内外剪切带形成研究现状

1.2.1试验研究

1.2.2理论研究与数值模拟

1.3本文的研究内容

1.4本文的技术路线

第二章黄土的平面应变试验

2.1黄土的平面应变试验

2.1.1试验仪器

2.1.2试验土样

2.1.3试验方案和试验步骤

2.2试验曲线综合及定性分析

2.2.1 应力应变关系曲线综合

2.2.2试样破坏形态描述：

2.3 小结

第三章确定剪切带形成过程及特征

3.1侧向应变与主应变的关系曲线

3.2根据侧向应变分叉确定剪切带开始形成特征点

3.2.1根据|ε上-ε下|～ε1曲线确定剪切带开始形成特征点

3.2.2根据|ε上-ε下|～(σ1-σ3)曲线确定剪切带开始形成特征点

3.3剪切带完全形成特征点的确定方法

3.4根据单侧局部侧向应变-竖向应变曲线确定剪切带开始和完全形成特征点

3.5局部分叉应变与剪切带形成时的应变特性

3.6小结

第四章黄土在平面应变条件下的局部化变形特征

4.1应力应变曲线上各特征点之间的关系

4.1.1各特征点的比较(以峰值偏应力为参考点)

4.2各特征点随围压变化的规律

4.3强度标准讨论

4.3.1从试验曲线求强度指标的方法

4.3.2不同强度标准的强度指标参数比较

4.4剪切带倾角的研究

4.4.1 简述确定剪切带倾角的经典方法

4.4.2剪切带倾角的理论值及量测值之间的比较

4.5小结

第五章黄土平面应变试验剪切带形成的数值模拟

5.1 FLAC有限元程序简介

5.2本文采用的本构模型

5.2.1 推导应力参数的求导形式

5.2.2 屈服函数及其率形式的推导

5.2.3 本文模型参数的确定

5.3有限元模型的建立和计算

5.3.1有限元模型的建立

5.3.2模型参数的选取

5.4数值模拟方案

5.5数值模拟过程及分析

5.6数值模拟结果与试验结果对比分析

第六章黄土剪切带与地裂缝形成与扩展

6.1 地裂缝成因综述

6.1.1渭河盆地地裂缝成生因素系统的分析

6.1.2渭河盆地构造应力场及断裂现今活动分析

6.2裂隙性黄土的剪切破坏与地裂缝关系浅析

6.2.1地裂缝的开裂破坏

6.2.2剪切带形成与地裂缝成因及扩展机理研究

结论与展望

参考文献

硕士研究生期间公开发表论文

致谢