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不同湿度原状黄土静、动力学特性及其与结构性关系研究

高鹏  
【摘要】: 土结构性定量化问题被称为“21世纪土力学的核心问题”。黄土是典型的结构性土,其特殊的结构性和对水的特殊敏感性直接影响着黄土的工程力学性质,这也是黄土静、动力学研究的特殊性所在。本文在对有关黄土的静动力力学特性、结构性方面文献资料分析和总结的基础上,提出了本文的研究目标。 本文以前人基于新的土结构性的土力学方法的研究成果为基础,对与原状样干密度相同的扰动饱和土施加荷载,来实现扰动、浸水和加荷的方式破坏结构性的目的。通过不同湿度下原状黄土的侧限压缩试验及静、动三轴试验及对相同干密度的扰动饱和土所进行的相应试验,提出和定义了在压缩应力条件下及静、动三轴应力条件下黄土的定量化结构性参数,研究了不同应力条件下黄土的结构性变化特性及其影响因素,合理解释了结构性参数随各种影响因素而变化的特征,论证了本文建议的结构性参数的合理性及灵敏性,对黄土的结构变化特性及其与黄土的静、动力学特性之间的关系进行了研究,并建立不同应力条件下考虑结构性影响的原状黄土本构关系。 在压缩应力条件下用同一压力下原状黄土及相同干密度扰动饱和土的孔隙比之比定义了基于变形考虑的结构性参数,用此结构性参数的变化特性对原状黄土及击实黄土的压缩特性、湿陷特性及增湿湿陷特性进行了合理地解释。湿陷系数与结构参数之间及增湿湿陷系数与结构性参数之间皆呈线性关系,且此线性关系对不同地区(西安、兰州、青海、杨凌)的原状黄土及西安击实黄土在不同初始含水量和不同压力下有基本相等的试验参数。可以用它来计算黄土的湿陷及增湿湿陷变形,为利用结构性对黄土的湿陷性进行定量化研究向前迈进了一步。 在静、动三轴应力条件下用同一静、动应变下原状黄土及相同干密度扰动饱和土的静、动应力之比定义了基于应力考虑的结构性参数,此结构性参数可以合理反映含水量、固结应力变化时原状黄土的静动力学特性,且原状黄土结构性参数变化量与静、动轴应变之间皆呈双曲线关系,由此关系可以得到静、动应力条件下结构性参数的表达式,用这些表达式可以确定不同固结应力及不同含水量时一定静、动应变下的结构性参数,把它引入扰动饱和土的静、动应力应变关系中,建立了可以考虑结构性影响的原状黄土的静、动本构关系,这些本构关系可以考虑增湿、加荷对黄土结构性的影响,可以描述软化型的应力应变关系,且在静、动三轴应力条件下除结构性参数外还分别具有与邓肯—张模型和Hardin模型相似的试验参数,采用这些本构关系进行计算的计算结果与试验结果吻合较好。


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