考虑物质结构和制样差异的黄土强度问题研究

摘要

黄土物质成分和结构存在明显的地域性差异,不同地域黄土的强度明显不同,对此目前尚缺乏系统研宄,尚难以把握黄土强度的地域性差异大小。另外,在黄土压实工程和室内试验研宄中,经常出现将不同含水量土体压实到相同干密度的情况,此制样差异得到的土体在相同含水量条件下存在多大强度差异亦属未知问题。基于此,论文以兰州土样和西安土样为比较对象,考虑物质结构和制样差异对黄土强度问题开展研宄工作。
　　对兰州土样、西安土样进行了物质组成差异研宄。得出,兰州土样是以粗粉粒为骨架颗粒呈支架接触的粘质粉土,西安土样是以细粉粒为骨架颗粒呈基底式胶结的粉质粘土,西安土样粘土矿物含量较兰州土样粘土矿物含量高,其比重、液塑限均较大。
　　利用三轴剪切试验,得到了增湿条件下,兰州原状黄土极限强度与含水量、围压的计算公式。通过研宄兰州、西安两种黄土原状样和重塑样的剪切特性,对比分析了不同物质组成黄土的抗剪强度和结构强度特性。西安原状土样的粘聚力是兰州原状土样粘聚力的两倍,其内摩擦角比兰州原状土样的内摩擦角小但差值不大。在相同围压下,西安土样的结构强度远远大于兰州土样的结构强度。在低围压时,西安土样的结构强度峰值是兰州土样结构强度峰值的4倍;在高围压时,西安土样的结构强度峰值是兰州土样结构强度峰值的2倍。随着围压的增大,兰州土样结构强度增长较西安土样结构强度增长的速度快。
　　基于压力板试验,比较分析了不同物质组成、不同制样结构黄土的土水特征曲线。结果表明,相同制样结构西安土样的吸力大于兰州土样的吸力。相同含水量下,当制样含水量较小时,相同制样结构西安土样的吸力比兰州土样的吸力大15％;当制样含水量较大时,相同制样结构西安土样的吸力比兰州土样的吸力大30%。在常见制样含水量范围,制样含水量越小的同密度兰州土样,在相同含水量下其吸力越大;制样含水量越小的同密度西安土样,在相同含水量下其吸力越小。在物质组成相同情况下,土样含水量越小,制样差异引起的基质吸力差值越大。当土样含水量较小时,制样差异引起的基质吸力差异超过15%。
　　进一步考虑制样差异对黄土的强度特性进行了常规三轴试验研宄,探明不同制样结构土样的抗剪强度参数随制样含水量的增大呈先增大后减小的趋势,随干密度的增大而增大。干密度较小时,制样含水量的变化所引起的抗剪强度参数的变化较大,干密度较大时,制样含水量的变化引起的抗剪强度参数的变化较小。相同干密度下,当制样含水量较大时,制样差异引起的抗剪强度参数的变化较大。相同制样结构西安土样的粘聚力大于兰州土样的粘聚力,其内摩擦角比兰州土样的内摩擦角小但差值不大。
　　基于真三轴试验和常规三轴试验结果的对比分析,探讨了试验尺寸及端部效应对试验结果的影响。在相同试验条件下,利用真三轴试验所测得的土样抗剪强度参数值均大于常规三轴试验所测得的抗剪强度参数值。当制样含水量较小时,两种试验方法所得抗剪强度参数差值较小,随着制样含水量的增大,抗剪强度参数差值逐渐增大。真三轴试验条件下,不同制样结构兰州黄土、西安黄土的抗剪强度参数均随中主应力比的增大而增大。当制样含水量较小时,6值对土样抗剪强度参数的影响较大,当制样含水量较大时,6值对土样抗剪强度参数的影响较小。在相同6值下,随着制样含水量的增大,土样粘聚力的减小幅度大于内摩擦角的减小幅度。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1 .2非饱和黄土结构性研究现状

1 .3非饱和黄土强度研究现状

1 .4非饱和黄土的土水特征曲线研究现状

1 .5论文研究内容与研究方法

2 黄土物质结构特性差异研究

2 .1概述

2 .2黄土固相结构特征

2 .3黄土液相的结构特征

2 .4本章小结

3 考虑物质结构的黄土抗剪强度与结构强度研究

3 .1试验目的

3 .2试验方案及试样制备

3 .3兰州原状土样増湿条件下的强度特性

3 .4不同物质结构原状黄土强度特性

3 .5本章小结

4 考虑制样差异性的黄土土水特征曲线试验研究

4 .1试验目的

4 .2试验设备与试验原理

4 .3试验方案及试样制备

4.4 土水特征曲线方程

4 .5试验结果及结论分析

4 .6本章小结

5 考虑制样差异性的黄土强度试验研究

5 .1试验目的

5 .2试验设备与试验方法

5.3 试验方案及试样制备

5 .4三轴条件下制样差异性对不同物质结构黄土强度的影响

5 .5真三轴条件下制样差异性对不同物质结构黄土强度的影响

5 .6本章小结

6 结论与展望

6 .1结论

6 .2展望

致谢

参考文献

附录1 博士研究生阶段发表论文

附录2 博士研究生阶段参与科研项目