应力路径对饱和黄土强度变形及孔压特性影响研究

论文摘要

黄土主要分布在我国干旱和半干旱的中西部地区,是一种典型的结构性土,其孔隙特征在相当程度上给出了不同大小和含量的土颗粒在土中分布的特征:当土的孔隙体积相等,但它以均匀的小孔隙出现和不均匀孔隙形式为主的大孔隙出现时,它们的性质将有明显的差异。另外大量的研究结果表明土体的强度和变形特性不仅仅只与其所受应力状态有关,还要受到诸如生成方式、受荷历史以及应力路径等因素的影响,黄土所特有的大孔隙架空结构使得黄土的力学特性因应力路径不同存在较大差异。本文在分析和总结前人对黄土力学特性研究的基础上,以陕西杨凌地区黄土为研究对象,对所选黄土土样进行不同干密度、不同固结条件的应力路径试验,对比分析了各种影响因素特别是固结条件、加载方式、干密度等因素对其力学特性和孔压特性的定量、定性影响规律。同时分析了不同影响因素下饱和黄土的总应力路径和有效应力路径,最后通过归一的孔隙压力曲线提出饱和重塑黄土的孔隙水压力方程。对重塑饱和黄土分别进行不同固结条件、不同应力路径(k值不同)下的三轴压缩试验研究,结果表明同一应力路径下,饱和重塑黄土的应力应变关系曲线均呈现弱硬化型,主应力差随着轴向应变的增大而增大;同时初始固结压力和干密度越大,主应力差就越大。应力路径对曲线的影响较为复杂,因k值的不同而不同:当k>0时,主应力差随着k值的增大而减小,k≤0则相反。通过不同应力路径作用下的三轴试验研究可知,饱和重塑黄土的孔压应变曲线随着干密度、围压和k值的不同而各不相同。同一应力路径下,孔压随初始固结围压的增大而增大。干密度不同的饱和黄土,在k的正负不同时,对孔压的影响也不相同:k>0时,干密度越大,k值越小,土体的孔压越大;k≤0时,干密度对孔隙水压力的影响相对较大,干密度越大,k值越小,土体的孔隙压力反而会减小;两者相比,截然相反。通过对所作试验数据得出的土体的总应力路径和有效应力路径对比分析可知,不同干密度的饱和黄土在不同固结围压和不同k值作用下的表现各不相同。K值决定总应力路径曲线的形状;固结围压决定两种曲线的尺寸,围压越大,尺寸越大;干密度只对有效应力路径有影响,而对总应力路径没有影响。另外本文还进行了以σc归一的孔隙水压力曲线,其表现的归一性良好,可以近似用直线拟合,直线的参数随着应力路径的不同而不同;饱和黄土的孔隙水压力基本上是由平均主应力增量和剪应力两部分共同引起的,并得出饱和重塑黄土的孔隙水压力方程。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 黄土的基本特性
• 1.1.1 黄土的分布及其物理性质
• 1.1.2 黄土的湿陷性
• 1.1.3 黄土的抗剪强度特性
• 1.1.4 黄土的微结构特性
• 1.2 黄土的孔隙压力
• 1.2.1 孔隙压力的定义
• 1.2.2 黄土的孔隙压力的目的和意义
• 1.2.3 有效应力原理
• 1.2.4 孔隙压力理论
• 1.2.5 孔隙压力系数
• 1.2.6 孔隙压力的研究现状
• 1.3 应力路径
• 1.3.1 应力路径的定义
• 1.3.2 应力路径的研究目的和意义
• 1.3.3 应力路径的研究现状
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 仪器简介及试验方案
• 2.1 仪器简介
• 2.1.1 仪器概述
• 2.1.2 仪器的主要参数
• 2.2 土样的来源及制备
• 2.3 试验技术方案
• 2.4 试验原理及步骤
• 2.4.1 土样安装过程
• 2.4.2 试验原理
• 2.4.3 加压标准
• 2.4.4 试验结束
• 第三章 应力路径对饱和黄土强度和变形的影响
• 3.1 K＞0 时应力路径试验的结果分析
• 3.1.1 同一干密度的饱和黄土的强度和变形结果分析
• 3.1.2 不同干密度饱和黄土的强度和变形结果分析
• 3.2 K≤0 时应力路径试验的结果分析
• 3.2.1 同一干密度饱和黄土的强度和变形结果分析
• 3.2.2 不同干密度饱和黄土的强度和变形结果分析
• 3.3 试验现象的解释
• 3.4 本章小结
• 第四章 应力路径对饱和黄土孔压的影响
• 4.1 饱和黄土的孔压试验研究
• 4.1.1 不同初始固结围压下饱和黄土的孔压试验结果分析
• 4.1.2 不同干密度下饱和黄土的孔压结果分析
• 4.1.3 不同k 值下饱和黄土的孔压试验结果分析
• 4.2 饱和黄土固结不排水的应力路径描述
• 4.2.1 饱和黄土的总应力路径
• 4.2.1.1 不同的K 值对饱和黄土的总应力路径的影响
• 4.2.1.2 不同初始固结围压对饱和黄土的总应力路径的影响
• 4.2.1.3 不同干密度对饱和黄土的总应力路径的影响
• 4.2.2 饱和黄土的有效应力路径
• 4.3 孔隙水压力方程及孔压的归一化特性
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间的论文及项目情况