不同应力路径下的合肥膨胀土非饱和特性研究

摘要

膨胀土广泛分布于合肥地区，具有水分敏感性和吸水膨胀失水收缩的特性，其非饱和特性在不同应力路径下表现不同，故研究不同应力路径下的非饱和膨胀土力学性质具有重要的意义和工程价值。　　论文基于合肥原状膨胀土试样，首先基于XRD、能谱仪实验(EDS)和基本力学实验分析了实验用土的成分和物理力学特性;应用GDS三轴实验仪器研究了剪切速率、吸力、干湿循环等因素对非饱和强度和变形的影响，以及不同应力路径下非饱和特性，采用扫面电镜(SEM)实验分析了剪切前、后的膨胀土体的微观结构，进而应用数字图像处理技术进行定量表征，并探讨了微观结构的变化与宏观力学性能之间的关系，得出以下的主要结论:　　(1)实验用土的液塑限、最优含水量分别为45％、27.1％和14.78％; XRD实验表明实验用土粘土矿物以蒙脱石和伊利石为主;EDS分析膨胀土中的矿物元素主要是氧、硅、铝、铁四种元素。　　(2)无侧限抗压强度峰值约为610kPa，并随含水量的增加而减小，峰值强度对应的轴向应变则随含水量的增大而增大，对应的轴向应变多在3％以下。　　(3)三轴非饱和强度实验表明，实验用土的非饱和抗剪切强度随着吸力和剪切速率的增大而增大，但随干湿循环次数的增加而降低。　　(4)加轴压应力路径可以改善膨胀土体的抗剪切性质，加轴压应力路径的抗剪切强度峰值与无路径的情况下基本相同，但峰值强度对应的轴向应变则比无路径的情况下减少50％以上;减围压应力路径下非饱和膨胀土体的抗剪切强度峰值比无路径的情况下降低20％～50％左右，且在剪切过程中很快的达到峰值强度;不同路径下膨胀土体剪切破坏后残余强度和峰值强度相差不大，且残余强度随着轴向变形的增加不发生明显的降低;不同路径下膨胀土体剪切过程中体积变化很小，变化率在2％的范围内，不发生剪胀现象。　　(5) SEM试验发现合肥地区原状膨胀土样以层状结构和紊流结构为主，干湿循环会破坏土体的微观结构。微孔隙面积大多分布在5～20um2附近，周长多分布在10～20um附近。剪切后土体的孔隙被明显的压密，微孔隙的周长、面积和直径的平均值变化不大。剪切后微孔隙面积在Sum2附近的微孔隙几乎全部被压密消失。

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 膨胀土的研究现状

1．2．2 非饱和土的研究现状

1．2．3 应力路径的研究现状

1．3 本文的主要研究内容及思路

第二章 膨胀土基本特性研究

2．1 取土场地工程地质条件概况

2．1．1 区域地质概况

2．1．2 场地工程地质条件

2．2 实验用土基本特性

2．2．1 基本物质组成

2．2．2 基本物理性质

2．2．3 无侧限抗压强度

2．3 本章小结

第三章 非饱和土应力路径的实验研究

3．1 应力路径概述

3．2 测试仪器介绍

3．3 实验原理及方案

3．3．1 实验原理

3．3．2 非饱和膨胀土强度试验方案

3．3．3 非饱和膨胀土应力路径实验方案

3．4 实验步骤

3．5 实验结果

3．5．1 原状非饱和膨胀土强度试验结果

3．5．2 非饱和膨胀土应力路径试验结果

3．6 讨论分析

3．7 本章小结

第四章 膨胀土的微观结构分析

4．1 微结构概述

4．2 微观结构的研究方法

4．2．1 扫描电子显微镜(SEM)简介

4．2．2 IPP软件介绍

4．3 试验样品制备

4．4 膨胀土微观结构研究分析

4．4．1 膨胀土微观结构的定性分析

4．4．2 膨胀土微观结构的定量研究

4．4．3 膨胀土能谱分析

4．5 本章小结

第五章 结论及展望

5．1 结论

5．2 后续研究方向及展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况