重塑黄土的增湿变形水力特性及渐近状态研究

摘要

实际工程中，因外在因素改变而引发土体失稳的工程问题屡见不鲜，其中降雨积水入渗和排水条件改变是两种常见的工况。降雨积水入渗会引起土体湿度变化，排水条件（排水、不排水和部分排水）的不同会使土体表现出不同的力学特性，两者都可能引发工程问题。因此，对积水入渗条件下增湿变形水力特性及不同排水条件下渐近状态特性进行研究，具有重要的理论与实际意义。为此，本文以重塑黄土为研究对象，采用一维瞬态土柱渗透仪进行土柱积水入渗试验，采用三联固结仪及渗透仪分别进行常规压缩、渗透试验，以及采用GDS非饱和土三轴仪进行不同排水（吸水）条件下的三轴剪切试验，研究了干密度、竖向压力对非饱和重塑黄土压缩增湿变形、持水特性及渗水特性的影响，探讨了排水条件对饱和重塑黄土力学特性的影响。主要工作与研究成果如下所述： 侧限条件下，对相同制样含水率、不同干密度重塑黄土试样，在不同竖向压力下进行了土柱积水入渗试验，同时对不同含水率、干密度试样进行了常规压缩试验以及对不同干密度饱和试样进行了渗透试验，分析了干密度、含水率及试验方法对压缩特性指标及增湿变形特性的影响，揭示了土柱压缩试验测定出土的压缩指数比常规压缩试验的小，但试验方法对弹性指数及屈服压力的影响很小；分析了试验方法对饱和渗水系数的影响，揭示了干密度、竖向压力对以含水率与吸力关系、饱和度与吸力关系表示的持水曲线和以渗水系数与饱和度及吸力关系的渗水曲线影响较大，而其对饱和度与吸力比关系、含水率比与吸力关系，相对渗水系数与饱和度及吸力关系影响很小，可近似归一；进而构建了考虑干密度、竖向压力影响的同一增湿持水修正VG模型及渗水模型。 用控制不同应变增量比的方式模拟不同排水条件，对不同干密度饱和重塑黄土试样在不同围压、应变增量比下进行了三轴剪切试验，分析了干密度、围压及应变增量比对饱和重塑黄土应力应变特性、有效应力路径及渐近状态特性的影响，揭示了干密度及围压一定时，随着应变增量比的增大，成力应变曲线上移，线型由强软化型转变为强硬化型，孔压曲线与之相反；两者共同导致了不同应变增量比下，完全不同于常规固结排水及不排水剪切试验的有效应力路径。偏应力与净平均应力平面上渐近状态线的斜率随应变增量比的增大而减小，孔隙比与净平均应力平面上的渐近状态线，在应力增量比为正时（部分吸水），与临界状态线基本重合，在应变增量比为负时（部分吸水），随应变增量比减小而逐渐平行下移。最后得到了考虑饱和重塑黄土粘结应力的终值应力比与应变增量比关系，其可用针对砂土提出的渐近状态方程描述，试验点与公式线拟合较好。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 有关国内外的研究现状

1.2.1 增湿变形研究

1.2.2 水力特性研究

1.2.3 排水条件研究

1.2.4 渐近状态研究

1.3 研究思路及内容

2 试验基本情况及研究方案

2.1 试验用土与试样制备

2.1.1 试验用土

2.1.2 试样制备

2.2 试验仪器

2.2.1 一维瞬态土柱渗透仪

2.2.2 三联固结仪及常规渗透仪

2.2.3 GDS非饱和土三轴仪

2.3 试验方案与方法

2.3.1 土柱积水入渗试验

2.3.2 重塑黄土的压缩试验

2.3.3 饱和重塑黄土的渗透试验

2.3.4 不同排水条件下三轴剪切试验

3 竖向压力下积水入渗时重塑黄土的压缩增湿变形及水力特性

3.1 重塑黄土的压缩特性

3.1.1 试验方法对重塑黄土压缩特性的影响

3.1.2 含水率对重塑黄土压缩特性的影响

3.2 重塑黄土的增湿变形特性

3.2.1 基于土柱积水入渗试验重塑黄土的增湿变形特性

3.2.2 试验方法对重塑黄土增湿变形特性的影响

3.3 重塑黄土的湿陷变形特性

3.3.1 基于土柱积水入渗试验重塑黄土的湿陷变形特性

3.3.2 基于常规湿陷试验重塑黄土的湿陷变形特性

3.3.3 试验方法对重塑黄土湿陷变形特性的影响

3.4 竖向压力下土柱积水入渗时重塑黄土的持水特性

3.4.1 增湿过程中体积含水率及吸力变化特性

3.4.2 含水率与吸力的关系

3.4.3 饱和度与吸力的关系

3.4.4 干密度及竖向压力对持水特性参数影响分析

3.5 竖向压力下土柱积水入渗时重塑黄土的渗水特性

3.5.1 土柱积水入渗的非饱和渗水系数计算

3.5.2 渗水系数与饱和度的关系

3.5.3 渗水系数与吸力的关系

3.5.4 土柱饱和渗水系数与常规饱和渗水系数对比

3.6 本章小结

4 不同排水条件下饱和重塑黄土的三轴剪切特性

4.1 饱和重塑黄土的等向压缩特性

4.2 排水与不排水条件下饱和重塑黄土的三轴剪切特性

4.2.1 排水条件下饱和重塑黄土三轴剪切特性

4.2.2 不排水条件下饱和重塑黄土三轴剪切特性

4.2.3 排水与不排水条件下饱和重塑黄土的临界状态特性

4.3 部分排水（吸水）条件下饱和重塑黄土的三轴剪切特性

4.3.1 部分排水（吸水）条件下饱和重塑黄土的应力应变特性

4.3.2 部分排水（吸水）条件下饱和重塑黄土的孔压特性

4.3.3 部分排水（吸水）条件下饱和重塑黄土的有效应力路径

4.4 部分排水（吸水）条件下饱和重塑黄土的渐近状态特性

4.4.1 部分排水（吸水）条件下饱和重塑黄土的q~p渐近状态线

4.4.2 部分排水（吸水）条件下饱和重塑黄土的e-p渐近状态线

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献