冻融循环作用下地震荷载扰动黄土强度特性分析

摘要

我国黄土的分布范围广泛，其多孔性、崩解性、结构性等直接影响着黄土力学性质。近年来，随着我国西部大开发的不断深入，黄土地区的工程数量和规模不断扩大，再加上西北地区处于地震和冻融灾害频发的区域，使得对非饱和黄土的研究变得更具有实际意义。本文依托国家自然科学基金项目《黄土高原地震次生滑坡灾害发生机理及评估方法研究》（NO.51278397），在前人研究成果的基础上，以西安地区原状黄土为研究对象，通过室内试验的方法探讨了冻融循环作用对扰动黄土力学性能指标的影响规律。 本文的主要研究工作如下： （1）首先，通过压力板试验测得原状黄土的土水特征曲线。结果表明：原状黄土的基质吸力随含水率的减少而逐渐增加，并与非饱和土三轴测得的试样基质吸力进行对比，验证了非饱和土三轴在测量黄土基质吸力上的准确性。 （2）其次，通过振动台试验、不同冻融循环次数和不同冻结温度下的冻融循环试验及非饱和三轴试验，分析了冻融循环对扰动黄土基质吸力、应力应变曲线及强度的影响。试验结果表明：①随冻融循环次数的增加，扰动黄土和原状黄土的基质吸力先不断降低，之后趋于稳定；冻结温度对基质吸力几乎没有影响；基质吸力随围压的增大不断减小。②当围压为100 kPa时，随着冻融循环次数的增加，扰动黄土和原状黄土的应力应变曲线均表现为应变软化型，随着冻结温度的降低，扰动黄土的应力应变曲线也一直为应变软化型；当围压为200 kPa时，随着冻融循环次数的增加和冻结温度的降低，扰动黄土的应力应变曲均为应变硬化型，但原状黄土的应力应变曲线随冻融次数的增加由软化型向硬化型转变；当围压为300 kPa时，随着冻融循环次数的增加扰动黄土和原状黄土的应力应变曲线均表现为应变硬化型，随着冻结温度的降低扰动黄土的应力应变曲线也一直为应变硬化型。采用邓肯-张双曲线模型对扰动黄土的应力应变曲线进行拟合，具有较高的精度。③随冻融循环次数的增加，扰动黄土和原状黄土的静强度呈现出下降后稳定的变化趋势，粘聚力先不断下降但在多次冻融循环之后有所增大，内摩擦角在首次冻融循环后有所增大，之后呈波浪型变化，波动幅度在1°～2°；冻结温度对扰动黄土的静强度、粘聚力及内摩擦角的影响不显著。 （3）最后，分析试验数据。①定义黄土粘聚力冻融损伤变量，发现扰动黄土和原状黄土粘聚力损伤变量随冻融循环次数的增加呈现出先不断增大后趋于稳定的变化趋势,但是扰动黄土粘聚力损伤变量随冻融循环次数的增长幅度小于原状黄土；冻结温度对扰动黄土粘聚力损伤变量的影响不显著。②建立了能反映非饱和扰动黄土粘聚力和冻融循环次数关系的扰动黄土粘聚力劣化模型表达式。

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