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基于微观结构定量描述的含界面天然黄土各向异性特征研究

张科科  
【摘要】:黄土广泛的分布于中国西北部地区,是具有层状分布特征以及强烈各向异性的特殊类土。随着“一带一路”战略的逐步推进,工程建设活动日趋频繁,岩土工程在地层界面发生破坏的问题日益突出。然而,关于黄土地层各向异性的基础理论研究却十分有限,因此对于探究黄土地层各向异性的变化规律及其产生的原因变得尤为迫切。本文以延安地区含界面天然黄土为研究对象,重点对其水力学以及力学特征进行了系统的研究,将宏观力学指标与微观结构参数相结合,从微结构角度出发对含界面天然黄土的强度各向异性特征进行了解释,本文主要从以下四方面内容展开研究:(1)根据前期野外调查发现,延安新城的黄土剖面具有厚度大,地层序列完整的特点。查阅相关文献资料并结合专家判断,确定研究目标含界面天然黄土为午城黄土(Q_1),其中上层土层为S18,下层土层为L19。对含界面天然黄土的基本物性参数和矿物组成进行了测试,并借助扫描电镜(SEM)对不同方向破裂面的微观结构进行观测,获取微观结构照片。(2)采用瞬态脱湿与吸湿系统(TRIM)从基质吸力、吸应力以及非饱和渗透性能方面对含界面天然黄土的非饱和土水特征进行了研究。同时,基于饱和渗透试验探讨了含界面天然黄土的饱和渗透各向异性变化规律。(3)通过常规三轴试验(UU)对含界面天然黄土的力学各向异性变化规律进行了探究,围绕以含水率和围压为变量对应力应变曲线的变化特征、峰值强度比、体应变变化特征以及抗剪强度指标的各向异性变化规律进行了分析。(4)通过PCAS软件提取了土体不同方向SEM图像的微观结构参数,从颗粒和孔隙单元体的形态和排布特征方面对含界面天然黄土的微观结构各向异性进行了分析,进而将微观结构参数与抗剪强度参数相结合,从微结构角度对抗剪强度各向异性变化规律进行了解释。


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