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《西北农林科技大学》 2010年
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冻融作用下黄土工程性质劣化特性研究

董晓宏  
【摘要】: 本文依托国家自然科学基金项目《黄土工程性质劣化机理与构筑物寿命预测研究》(N0.50779058)和中科院冻土工程国家重点实验室的开放基金项目《反复冻融循环对黄土工程性质影响规律与定量化描述研究》(SKLFSE200803),在总结和吸收前人研究成果的基础上,用室内试验的方法揭示反复冻融作用对黄土力学性质劣化的影响,为黄土工程的安全和长久的运行提供一定的理论基础和试验指导。项目的开展对老旧黄土建筑物的除险加固、寿命预测和“全寿命设计”理论的提出具有重要的理论和实践意义。试验主要在中科院兰州冻土工程国家重点实验室里进行,该试验采用封闭条件下的冻融试验,对杨凌典型Q_3黄土的强度劣化、固结蠕变特性进行了试验研究,主要研究成果如下: (1)通过室内长期单向冻融循环试验,对黄土随冻融次数增加而出现的物理性劣化现象进行了描述,结果显示,黄土含水率和干密度对黄土表面物理性劣化均有影响,但含水率的影响程度比干密度明显;同时对其损伤劣化的机理进行了深入探讨,并对受冻融影响的地区工程提出了一些建议。通过对试样的对比分析,提出了黄土表面物理性劣化的两种基本模式:裂纹模式和孔隙模式。 (2)通过不同冻融次数的冻融循环试验及黄土直剪试验,分析了冻融循环对黄土干密度、黏聚力、内摩擦角等的影响,试验结果表明:首次冻融对黄土干密度的影响最大;经过多次冻融之后,高干密度的黄土干密度会减小,低干密度的黄土的干密度则会有所增大;含水率越高,干密度降低越多。经过前几次冻融后,干密度较高的试样黏聚力会有明显下降,低干密度试样的黏聚力会稍微有所升高,其中首次冻融后黏聚力变化最剧烈,但多次冻融后,试样黏聚力会稍微缓慢增大;含水率越低,黏聚力降低越多,但各含水率试样黏聚力降低比例均较为接近。内摩擦角经过首次冻融后均有所增大,但是从长期来看呈波浪形,一般在5°之内波动,可认为无变化。强度的变化趋势类似黏聚力。 (3)将试验数据用数学方法进行了修正,然后在此基础上分别用线性拟合、BP人工网络、多元回归的方法建立了反映黄土强度(黏聚力)和含水率、压实度、冻融循环次数关系的黄土强度(黏聚力)劣化模型,然后对各模型之间进行综合比较,结果显示BP模型是解决黄土强度(黏聚力)劣化定量化研究的较为有效的方法。 (4)通过对冻融黄土进行固结蠕变试验,得到了不同法向压力、不同冻融循环次数下的冻融黄土的固结蠕变曲线簇。冻融次数对黄土的蠕变特性有一定得影响。在相同的法向压力下,冻融后的黄土应变量随冻融次数有所增加,一般3-5次冻融后应变量趋于稳定,第一次冻融影响最明显。根据冻融黄土的蠕变曲线形态,建议了用Burger元件模型来描述其固结蠕变特性。建立了不同冻融次数下的关于应变、法向压力和时间的蠕变模型,适当描述了关中冻融黄土的蠕变特性,并拟合出了模型参数。
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TU444

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