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两种应力路径的非饱和CH_3COOH污染土强度与变形研究

霍攀  
【摘要】:在建筑工程施工和运营过程中,场地内土体的饱和度、应力状态及应力路径不断发生变化,导致土体性质改变和土体变形,进而引起建筑物基础失稳破坏。另外,随着城市化进程的深入,土体污染现象逐渐得到重视,污染质的侵蚀改变了土体的物理力学性质和结构。因此,研究非饱和污染土在不同应力状态及应力路径条件下的变形、破坏特征及微观结构变化,具有重要意义。以CH3COOH污染粘土为研究对象,试验测定其土-水特征曲线,优选拟合了CH3COOH污染粘土的土-水特征曲线模型及土体强度预测模型。在工程实践中提炼增压和减压两种应力路径的基础上,完成了非饱和污染粘土增压和减压两种应力路径三轴试验,研究了基质吸力和净围压对CH3COOH污染粘土抗剪强度及变形特征的影响。定性和定量分析了CH3COOH污染粘土微观结构的变化特征。重点对比分析了两种应力路径对抗剪强度的影响规律与影响机理,探讨了由土-水特征曲线预测土体强度的可行性。研究表明,非饱和CH3COOH污染与未污染粘土土-水特征曲线均呈“S”形,可划分为边界效应区、过渡区和残余区;与未污染粘土相比,污染粘土的土-水特征曲线斜率增大,持水能力及进气值降低;所得到的CH3COOH污染粘土土-水特征曲线模型和抗剪强度预测模型可以用来预测CH3COOH污染粘土的土-水特征曲线和抗剪强度;常规三轴试验条件下,基质吸力和净围压的增加均可提高非饱和污染土的抗剪强度,粘聚力和内摩擦角与基质吸力呈正相关,净围压为50k Pa和200k Pa时,应力-应变曲线在吸力较高时分别为应变软化型和应变硬化型,而在吸力较低时分别为应变硬化型和应变软化型,试样在剪切过程中体积收缩速率逐渐减小,总收缩量与基质吸力和净围压呈正相关;孔隙面积、孔隙周长、孔隙度、孔隙均匀程度与基质吸力和净围压呈负相关,分形维数与其正相关;减压三轴试验条件下,基质吸力和净围压的增加均可提高非饱和污染土的抗剪强度,粘聚力和内摩擦角与基质吸力正相关,应力-应变曲线均为应变硬化型,土样轴向应变先平缓后激增,且基质吸力和净围压越大,土样轴向应变激增过程越滞后;与常规三轴试验结果相比,减压应力路径下土体粘聚力、内摩擦角和抗剪强度均明显降低,且降低程度随基质吸力的增大而减小;土体强度的各向异性和不同应力路径时应力作用方向转变及非饱和土中水与气的作用是应力路径对抗剪强度影响的主要机理;土-水特征曲线更适用于预测常规三轴试验较高吸力条件下的土体强度。


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