泾阳Q2原状与重塑黄土纯剪蠕变力学性能对比研究

摘要

黄土是一种分布范围较广的、具有典型结构性的第四纪沉积物。黄土的力学特性由宏观因素和微观因素共同决定。宏观方面，黄土的含水率、干密度等因素影响黄土的强度；微观方面，黄土的矿物组分、粒度分布及孔隙分布等影响着黄土的结构性。因此，从这两个方面研究黄土的力学特性对于黄土的工程应用具有蓬要的意义。
　　本文基于泾阳Q2黄土，以其流变特性和结构性为研究重点，通过宏观力学试验和微观定量分析两种方法对黄土的强度和结构性进行研究，主要研究成果如下：
　　(1)基于现有剪切仪器的不足，本文采用改进的新型纯剪蠕变仪对泾阳Q2原状黄土和重塑黄土开展了纯剪试验和纯剪蠕变试验的分析研究，研究表明采用该仪器能够有效地避免反算法多解性，可以直接在环刀中直接开展纯剪试验和纯剪蠕变试验并能快速、准确地获得纯剪蠕变参数。
　　(2)通过纯剪试验研究了原状与重塑黄土强度随含水率、干密度的变化规律。试验表明：在纯剪试验中，低含水率时，原状和重塑黄土均表现为脆性破坏；剪切位移在1mm之前，随着含水率的减小，原状与重塑黄土均表现为纯剪应力-应变曲线斜率逐渐增大，这充分说明了土样的破坏方式发生了变化。
　　(3)通过纯剪蠕变试验研究了原状与重塑黄土流变特性随含水率、干密度的变化规律。试验表明：不同纯剪应力条件下，应变-时间曲线不同；当纯剪应力值小于土样承受的临界值时，黄土变形呈衰减趋势，且快速达到稳定阶段；当纯剪应力值高于这一临界值时，黄土的蠕变变形逐渐增大；当黄土在较高应力作用下，会出现加速蠕变阶段，且黄土试件快速破坏。
　　(4)基于Burgers模型建立了黄土纯剪蠕变模型，并对纯剪蠕变模型得到的计算结果与纯剪蠕变试验结果进行对比分析。结果表明，该本构模型可以较好的反映黄土的蠕变试验。
　　(5)对泾阳Q2原状和重塑黄土中矿物组分、粒度组成以及孔隙的分布进行研究。研究发现：原状和重塑黄土中石英矿物含量相对稳定，因此石英的粒度分布一定程度上可以指示黄土的强度，碳酸盐矿物易受环境影响，在一定程度上可能会影响黄土强度。分析原状与重塑黄土中孔隙的变化发现，原状与重塑黄土大孔隙含量相对较多，而重塑黄土在重塑成型过程中黄土原有的结构性破坏，使得大孔隙更容易发生变化，因此在相同初始条件下，原状黄土力学性能强于重塑黄土。综上，在一定程度上可以通过微观矿物成分及孔隙分布来定量评价黄土的结构性对黄土力学性能的作用。

目录

1 绪论

1.1 研究背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容与研究方法

1.4 技术路线

2 试验设备及试验设计

2.1 试验仪器与调试

2.2 试验土料与试样制备

2.3 试验方法

2.4 试验工作量

2.5 试验中应注意的问题

3 泾阳Q2黄土流变特性试验研究

3.1 概述

3.2 黄土流变理论研究

3.3 Q2原状黄土纯剪蠕变试验结果

3.4 Q2重塑黄土纯剪蠕变试验结果

3.5 泾阳Q2黄土纯剪试验对比分析

3.6 小结

4 泾阳Q2黄土蠕变参数的研究

4.1 Burgers模型的介绍

4.2 泾阳黄土纯剪蠕变试验Burgers模型参数确定

4.3 泾阳Q2黄土蠕变参数对比

4.4 小结

5泾阳Q2黄土微观结构分析

5.1 引言

5.2 SEM试样制备及SEM图像处理分析

5.3 泾阳Q2黄土SEM图像分析

5.4 原状黄土与重塑黄土微观对比分析

5.5 小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录