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黄土破裂特性试验研究

孙萍  
【摘要】: 岩土体在外力作用下会发生各种各样的破坏,包括拉裂破坏、剪切破坏及塑性流变软化等。发育于汾渭盆地黄土体中的地裂缝,其成因复杂多样,实质上也是土体在应力—渗流—损伤耦合作用下的一种破裂行为。本文以汾渭盆地地裂缝为研究背景,以三原县双槐树村地裂缝试验场为试验场地,通过对地裂缝发育的介质环境—黄土(包括裂隙性黄土)进行抗拉、抗剪、流变特性力学试验研究,以及各种作用下的数值试验研究,分析了与地裂缝有关的黄土破裂特性及破裂行为,并在此基础上讨论了黄土地区地裂缝的成因机制与扩展机理。 黄土的单轴拉伸试验表明,黄土的抗拉强度与极限拉应变值均很小,地质环境下发育的黄土地裂缝与黄土的弱抗拉特性有着密切的关系,当黄土体内拉应力储备大于其抗拉强度时,拉应力便会寻找一种可以释放能量的通道,于是在土中产生拉张裂缝;黄土的蠕变试验表明,土体达到破坏性蠕变阶段时的极限应变与围压及含水率大小有关,高湿度黄土具有更明显的流变软化特性,三原地表张开的地裂缝与突降暴雨的短期浸泡作用直接相关,属于浸润作用下的短期流变软化—开裂问题,深部地裂缝则存在长期应力作用下的蠕变现象;裂隙性黄土的抗拉破裂及抗剪破裂特性表明,其破裂主要受控于所处的应力状态及土体中原有的宏观结构面,在低围压情况下,裂隙性黄土更容易沿原有裂隙结构面产生裂缝而破坏,黄土体中多数地裂缝是在土体中原有的结构面上发育起来的;借助数值分析软件RFPA,真实地再现了土体中裂纹的萌生、扩展至贯通过程,并且确定出了各种因素作用下的起裂应力及裂纹扩展路径。 黄土在各种作用下的破裂特性试验研究表明,汾渭盆地的构造应力场是引发地裂缝的主控因素,其他一些作用则为附加因素。


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