三轴应力条件下增湿时原状黄土的力学特性及水特征

摘要

黄土具有较强水敏性，围绕水敏性研究黄土在增湿、加荷的不同变化下的变形发展与强度变化特性及其水气渗透特性，并使这些研究与现代非饱和土力学的发展相结合，对寻求黄土土力学的理论支撑、解决黄土工程问题具有重要的理论意义与实际价值。鉴于此，本文对非饱和原状黄土进行了控制吸力的固结排水三轴剪切试验、常三轴应力分级增湿试验及三轴应力条件下渗气试验，对比分析了常吸力加荷与常应力增湿两种条件下原状黄土的变形、强度及屈服特性；探究了常应力增湿条件下原状黄土的土水特征与水气渗透特性。主要的研究工作与成果如下所述。 （1）基于控制吸力固结排水三轴剪切试验，分析了吸力对原状黄土等向压缩特性与屈服特性的影响，得到了吸力与压缩性指标（弹性指数、压缩指数、屈服应力）之间的关系；分析了吸力对应力-应变及临界状态特性的影响，得到了原状黄土的抗剪强度参数与吸力之间的关系；分析了等向压缩与三轴剪切过程中饱和度的变化特性，揭示了三轴应力对土水特征的影响。 （2）基于常三轴应力分级增湿试验，分析了三轴应力条件下分级增湿时应变与吸力之间关系，探讨了三轴应力对原状黄土屈服与强度特性的影响，揭示原状黄土水敏性体现出的湿压和湿剪特性；分析了饱和原状黄土两种力水路径下的应力应变及临界状态特性，探讨了力水路径对饱和原状黄土临界状态的影响；得到了三轴应力条件下描述以饱和度与吸力关系表征的土水特征修正V-G模型，探讨了力水路径对饱和原状黄土临界状态特性的影响；揭示了三轴应力对渗水系数与吸力及饱和度关系皆有明显的影响，而其对相对渗水系数与吸力比及饱和度关系的影响皆很小，且可近似用同一增湿渗水函数描述。 （3）基于三轴应力条件下渗气试验，提出了直接考虑含水率及三轴应力影响的渗气函数，揭示了三轴应力对渗气系数与饱和度及体积含气率关系皆有较大的影响，而其对相对渗气系数与饱和度及相对体积含气率关系的影响皆很小，且可用间接考虑应力与湿度影响的同一渗气函数进行描述；揭示了三轴应力对渗水渗气系数之比与饱和度关系的影响较小，可近似用同一指数函数来描述。

目录

声明

1绪论

1.1国内外研究现状

1.1.1非饱和黄土的土水特征研究

1.1.2非饱和黄土的变形及强度特性研究

1.1.3非饱和黄土的渗透特性研究

1.2本文研究思路及内容

2试验研究方案

2.1试验用土及试样制备

2.1.1天然土样的物理性质

2.1.2试样的制备

2.2控制吸力的固结排水三轴剪切试验及常三轴应力分级增湿试验方案

2.2.1试验方案

2.2.2试验仪器

2.2.3试验步骤及注意事项

2.3三轴应力条件下渗气试验方案

2.3.1试验方案

2.3.2试验仪器

2.3.3试验步骤及注意事项

3常吸力三轴加载条件下原状黄土的变形强度及土水特征

3.1增湿时原状黄土的等向压缩及屈服特性

3.2增湿时原状黄土的三轴剪切应力应变特性

3.2.1净围压对应力应变及体应变特性的影响

3.2.2吸力对应力应变及体应变特性的影响

3.3增湿时原状黄土的临界状态及强度特性

3.3.1 q-p平面临界状态特性及非饱和抗剪强度参数

3.3.2 e-p平面临界状态特性

3.4增湿时三轴应力对原状黄土土水特征的影响

3.4.1等向压缩应力对土水特征的影响

3.4.2三轴剪切应力对土水特征的影响

3.5本章小结

4常三轴应力分级增湿时原状黄土的变形强度与水力特性

4.1常三轴应力分级增湿时原状黄土的变形特性

4.1.1相同偏应力时净围压对增湿变形特性的影响

4.1.2相同净围压时偏应力对增湿变形特性的影响

4.2力水路径对饱和原状黄土的应力应变及临界状态特性的影响

4.2.1力水路径对应力应变特性的影响

4.2.2力水路径对临界状态特性的影响

4.3常三轴应力分级增湿时原状黄土的土水特征

4.3.1含水率与吸力的关系

4.3.2饱和度与吸力的关系及其描述

4.4常三轴应力分级增湿时原状黄土的渗水特性及其描述

4.4.1渗水系数计算原理

4.4.2渗水系数与饱和度的关系

4.4.3渗水系数与吸力的关系

4.5本章小结

5三轴应力条件下增湿时原状黄土的渗气特性

5.1渗气系数测试方法及计算原理

5.2等向压缩应力条件下原状黄土增湿时的渗气特性及其描述

5.2.1渗气系数与等向压缩应力的关系

5.2.2渗气系数与饱和度的关系

5.2.3渗气系数与体积含气率的关系

5.2.4渗气与渗水系数之间的关系

5.3三轴剪切应力条件下原状黄土增湿时的渗气特性及其描述

5.3.1渗气系数与应力水平的关系

5.3.2渗气系数与饱和度的关系

5.3.3渗气系数与体积含气率的关系

5.3.4渗气与渗水系数之间的关系

5.4本章小结

6结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献