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《长安大学》 2015年
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干湿循环下黄土的强度及微结构变化机理研究

袁志辉  
【摘要】:我国西北黄土高原地区分布着大面积的黄土,由于干旱少雨和气候周期性的变化,黄土总是在降雨和蒸发的干湿循环作用下,处于饱和和非饱和的交替变动状态,因此其物理力学性质也是一个动态的变化过程。黄土经多次干湿循环作用后,总体表现出强度降低和变形增大的特点,这对黄土地区的建筑物地基、道路边坡和路堤工程的长期稳定性有重要影响,因此研究干湿循环作用下黄土的强度与微结构的变化具有重要的理论和实际意义。本文以洛川浅层黄土为研究对象,通过室内物理力学试验和微观结构分析,研究了干湿循环下不同含水率黄土的单轴抗拉强度、无侧限抗压强度和三轴抗剪强度以及其微观结构的变化规律,并分析了微观结构特征与黄土宏观强度的关系,最后探讨了黄土的强度公式。主要研究成果如下:(1)通过单轴拉伸试验,分析了含水率和干湿循环次数对原状和重塑黄土抗拉强度的影响,建立了原状和重塑黄土抗拉强度与含水率和干湿循环次数的关系;研究了干湿循环下原状和重塑黄土抗拉强度的衰减规律和力学机制,认为干湿循环作用打破了原状黄土的加固粘聚力,造成其结构强度丧失,致使干湿循环后的原状黄土具有了与重塑黄土相类似的力学性质。(2)开展了无侧限抗压强度试验,研究了干湿循环条件下原状黄土和重塑黄土的无侧限抗压强度与含水率、干湿循环次数的关系,建立了相应的公式;分析了原状黄土抗压强度衰减值与抗压结构强度的关系。(3)利用三轴不固结不排水试验,得到了干湿循环条件下原状和重塑黄土的应力应变关系曲线,分析了黄土抗剪强度参数与含水率、干湿循环次数的关系;研究了黄土抗剪结构强度与围压、含水率的关系,揭示了干湿循环作用下原状黄土的抗剪强度衰减值和抗剪结构强度的内在联系。(4)利用电镜扫描照片和图像分析软件,定量分析了原状和重塑黄土颗粒单元体和孔隙的微观结构参数随含水率和干湿循环次数的变化规律,并阐述了干湿循环和不同含水率下黄土微观结构参数变化的原因。(5)基于灰色关联理论,得到了9个微观结构参数与黄土强度之间的关联度,发现在干湿循环作用下,对黄土的粘聚力起到关键性的影响的微观结构参数是孔隙的平均直径和平均形状系数以及颗粒的定向概率熵和平均直径;对黄土的内摩擦角起到关键性的因素是孔隙的平均形状系数和平均直径以及颗粒的平均丰度和定向概率熵。(6)测试分析了原状和重塑黄土基质吸力随含水率的变化规律,研究了原状和重塑黄土的强度与基质吸力的关系,探讨了黄土抗拉强度、抗压强度和抗剪强度之间的关系,尝试建立了不固结不排水三轴试验下非饱和黄土的抗拉强度和抗剪强度公式。
【学位授予单位】:长安大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TU411;TU444

【引证文献】
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