黄土的细观结构演变与宏观结构性变化规律

黄土作为一种欠压密的结构性土,其结构受固结、剪切、浸水等作用易发生破损变化,从而使力学特性随土结构演变而变化.从观察黄土细观结构演变的角度出发,通过微米CT试验测试了天然、重塑和饱和黄土初始结构、不同围压三轴固结完成结构及三轴剪切破坏结构,研究了重塑扰动和浸水饱和作用下土的细观结构变化,以及固结剪切变形的土结构演变特性...     

黄土隧道围岩强度劣化细观机理研究

黄土隧道围岩在地下水作用下强度劣化严重,且机理复杂,其对隧道施工及运营安全造成了严重影响。为全面揭示其劣化机理,选取高精度μCT扫描系统作为研究手段,对不同含水量黄土试样在不同浸水条件下的细观结构进行研究,分析其表观结构、孔隙度的变化规律。研究结果表明：黄土试样含水量较低时细观结构受地下水影响较小,结构性保持较好,但随着含水量的增大,孔隙结构发生明显变化,强度衰减严重;黄土在地下水作用下孔隙度呈现明显的阶段性变化规律。研究成果可为黄土隧道施工及运营养护技术提供理论指导。     

非饱和原状Q2黄土屈服硬化过程的细观结构演化分析

利用和CT机配套的多功能土工三轴仪,对非饱和原状Q2黄土在三轴剪切过程中内部结构的变化进行了动态、定量和无损地量测,得到了屈服硬化土样内部结构演化的CT图像和相应的CT数据,从细观上解释了屈服硬化过程。试验结果表明:原状Q2黄土内部存在大量孔隙、裂隙、姜石等结构缺陷,初始结构具有各向异性,姜石的存在对CT数和方差影响较大。非饱和原状Q2黄土屈服硬化细观变形可大致分为微压密阶段、结构微调整阶段和压密快速发展阶段3个阶段。剪切过程呈现良好的以均匀变形为主的细观变形特点。提出利用CT数随偏应变或偏应力的关系确定屈服应力的新方法。宜用CT数来描述原状Q2黄土屈服硬化过程的结构演化规律,相同吸力下,随着固结净围压的增大,CT数变化率越大;相同净围压下,随着吸力的增大,CT数变化率越小。     

原状Q3黄土在加载和湿陷过程中细观结构动态演化的CT–三轴试验研究

为了揭示原状Q3黄土在加载和湿陷过程中的细观结构变化,将湿陷三轴仪与医用CT机相配套,进行了一系列控制吸力的CT-三轴湿陷试验,不仅得到了加载过程和湿陷过程中的宏观反应曲线,而且得到了相对应的CT扫描图像。结果表明:原状湿陷性黄土具有较强的初始结构性;加载过程中,较大的孔洞先扩展后闭合,小孔洞逐渐闭合;湿陷过程中,大部分孔洞逐渐闭合且断面的密度分布趋于均匀;湿陷过程中大孔洞闭合与否取决于浸水时的应力状态。通过宏细观试验资料的分析,确定了原状湿陷性黄土的结构屈服应力,提出了一个基于CT数均值的结构性参数,分别定义了加载和湿陷过程中的结构损伤变量,研究了它们的变化规律,建立了结构损伤演化方程。     

陇东黄土湿陷过程的CT结构变化研究

已经用多种方法进行了黄土的湿陷性研究,由于研究方法的限制,只能在试验前后推导试验现象,人们比喻为‘黑匣子’。计算机断层扫描仪(CT)是一种无损、定量检测方法,通过对黄土在单轴、三轴、渗水及其综合作用条件下进行的CT扫描和初步图像分析,看到在达到破坏应力前,黄土裂隙自缺损处开始扩大,其发展速率随试验条件而变;水分沿着毛细孔道渗入并扩展,计算出渗水速率及渗水量。通过对CT扫描辅助装置的改造和与计算机图像处理系统的联网,实现了CT图像的彩色显示,纠正了扫描过程的数据偏差,为数据图像的深入处理提供了基础     

黄土湿陷变形及微观结构特征研究

以山西某场地的马兰黄土、离石黄土为研究对象,通过室内高压固结试验、电镜扫描等手段对黄土湿陷变形及微观结构特征随压力的变化关系进行了研究,探讨了黄土各种孔隙在不同压力下对黄土湿陷变形的贡献量,解释了黄土湿陷变形随压力而变化的内在结构因素是结构孔隙与结构骨架形式,不同时代黄土的内部结构特征决定其湿陷变形的特征。     

黄土在受力和湿陷过程中微结构变化的CT扫描分析

进行了原状黄土三轴剪切、浸水湿陷试验过程的CT扫描，根据CT图像、数据，利用损伤理论，分析了原状黄土在以上过程中的微结构变化。认为由于围压没有超过结构强度的临界值，损伤破坏表现出软化开裂破坏，整个过程是由轴向压密损伤为主导向横向开裂损伤为主导的转变过程，裂缝首先在结构强度较低的低密软弱大孔隙区域形成，随后衍生出一系列小裂缝，最终形成剪切面。硬化屈服损伤破坏后期的强度增长是靠材料的挤压导致的密度提高和截面积的增长来共同维持的，并稳定在一个水平上。由试验可知，原状黄土在湿陷过程中发生了某些物理化学变化，大孔隙对黄土的湿陷没有必然的贡献。     

原状Q2黄土CT-三轴浸水试验研究

利用后勤工程学院研制的CT-多功能土工三轴仪,研究非饱和原状Q2黄土三轴浸水变形特性,并在浸水过程中利用CT技术对内部结构的变化进行无损的量测,得到内部结构演化的CT图像和相应的CT数据,从细观上解释了三轴浸水过程。基于CT数据定义结构性参数和结构演化变量;分析浸水过程中结构演化变量与净围压、偏应力和吸力的关系,浸水前的固结净围压、偏应力和吸力越大,浸水过程中结构演化越快。建立非饱和原状Q2黄土三轴浸水过程的结构演化方程,该方程为结构演化变量与偏应变、体应变和饱和度增量的关系,能同时反映净围压、偏应力和吸力等对结构演化的影响。利用提出的结构演化方程对试验数据进行拟合,拟合结果较理想。CT技术使土的细观结构研究达到定量阶段,为建立土的结构演化方程和结构性本构模型提供了试验基础。     

重塑及原状饱和黄土结构性参数研究

从土力学途径出发,在三轴试验的基础上,提出了反映重塑黄土和原状饱和黄土结构性的定量化参数。开展了对重塑、原状饱和黄土的结构性定量化研究。对重塑、原状饱和及重塑饱和黄土进行了大量常规三轴试验。较为详细地研究了重塑黄土和原状饱和黄土的结构性变化特征,论证了所建议的重塑黄土及原状饱和黄土的结构性参数具有很好的适用性。完善了黄土结构性定量化参数。     

结构性黄土压缩屈服特性及湿压模型

湿陷性黄土具有很强的结构性,在增湿及侧限压缩应力作用下,其变形特性表现出与一般黏性土不同的特性。针对这一问题,通过对3种不同初始结构性黄土的侧限压缩试验,对黄土在增湿及压缩应力条件下黄土的宏观力学特性及其结构变化特征进行研究。研究结果表明:1)在增湿及侧限压缩应力作用下,黄土的e-lgp曲线分成三段,即平缓状态段、非线性段和线性段;2)原状黄土的压缩曲线与重塑土压缩曲线的变化给出了同一压力下黄土架空排列结构破损后孔隙比的可能变化量;3)原状黄土与饱和黄土压缩曲线的差别揭示了同一压力下黄土颗粒间胶结丧失后结构性黄土孔隙比的可能变化量;4)结构屈服应力与初始含水率之间满足幂函数关系,压缩指数与初始含水率之间呈指数函数关系。     

关中地区黄土基质吸力与湿陷性关系试验研究

利用非饱和土侧限压缩仪对不同湿度的关中地区天然黄土试验,采用轴平移法测定有和无固结压力作用下不同初始含水率黄土的吸力,探讨了侧限应力条件对黄土吸力特性的影响,同时对竖向荷载作用下湿陷系数与基质吸力的变化关系进行了初探。研究结果表明:湿度确定时,侧限条件对天然原状黄土的基质吸力大小有改变,且变化程度随湿度变化而异。黄土的湿陷系数与基质吸力的关系在不同的竖向荷载作用下有着不同的变化规律。研究可为黄土基坑湿陷性评价提供参考,具有一定的工程意义。     

黄土力学特性与应用研究的过去、现在与未来

本文就我国半个世纪以来黄土力学特性与应用研究的发展变化进行了回顾与系统分析。在这个基础上．对新世纪黄土力学特性与应用研究的发展趋向进行了讨论,以期为深化理论．加强应用的研究把准航向,求取实效。     

黄土力学特性与应用研究的过去,现在与未来

本语文不甸半个世纪以来黄土力学特性与应用研究的发展变化进行了回顾与系统分析。在这个基础上,对新世纪黄土力学特性与应用研究的发展趋向进行了讨论,以期为深化理论,加强应用的研究与准航向、求取实效。     

黄土的湿陷性及其评价准则

针对法国高速列车沿线黄土区域内部分站台周围雨季出现多处落水洞问题，对黄土路基土的地质及岩土特征、特别是黄土的湿陷性展开研究。在阐述法国北部黄土基本特征的基础上，对巴黎以北140km处高速列车沿线原状黄土的湿陷性进行了试验研究，探讨了初始含水量对黄土湿陷性的影响，以期能对现场条件下季节性含水量变化对黄土湿陷性的影响进行预测判断。结果表明，初始含水量的变化对湿陷性的影响很明显，并且随着含水量的增加，湿陷量会线性地降低，这表明在湿陷准则中必须考虑初始含水量的影响。最后依据试验结果，分析探讨了几种湿陷性判别准则的适用性。     

基于CT单向压缩试验的冻结重塑兰州黄土损伤耗散势研究

首先分析了冻土损伤的物理本质,然后在改进了的与CT试验机配套使用的三轴试验仪基础上,进行了一系列的单向压缩试验过程的CT扫描,获得了冻结重塑兰州黄土试样的屈服应变,损伤应变临界值,破坏应变临界值;发现如果用塑性应变表示损伤阈值,则温度越低,试样的损伤阈值越大;最后通过CT数定义损伤变量,获得了冻结重塑兰州黄土的损伤演化规律和损伤耗散势函数.     

原状黄土的结构性与渗气特性的关联性初探

对3个地区的不同含水率原状黄土进行了等向压缩与渗气性同步测定试验,分析了原状黄土等向压缩过程中变形特性与渗气特性,探讨了压缩特性与渗气性之间的关联性通过引入用渗气性定义的结构性参数,提出了描述湿载耦合作用时原状黄土压缩变形的表达式.研究结果表明:原状黄土的渗气性变化与压缩特性的变化过程呈良好的关联性,渗气性可反映原状黄...     

不同固化剂掺量对湿陷性黄土强度和渗透性的影响

青海东部地区乐都区的黄土为典型的马兰黄土,湿陷性特征明显,粘聚力小。结合采用不同含水率和不同固化剂掺量对马兰黄土进行加固,通过室内单轴抗压试验对重塑湿陷性黄土土样的强度进行研究,结果表明在相同含水率的条件下,黄土的强度随着固化剂掺量的增加而增加;固化剂掺量相同的条件下,黄土的强度随着含水率的变化先增加后减小。通过变水头渗透试验研究了重塑黄土的渗透性,结果表明,随着固化剂掺量的增加,黄土的渗透性不断减小。     

含水量及冻融循环对阳曲黄土压缩特性的影响分析

压缩特性是黄土的重要力学特性,是季节性冻土区黄土工程设计的重要依据。为研究冻融循环和含水量变化对黄土压缩特性的影响,以山西阳曲1号隧道为背景,对不同含水量的黄土进行冻融循环后的系列试验。结果表明:冻融循环通过强风化作用于土中自由水,使得土中自由水发生了原位的冻胀融沉和迁移,破坏了土颗粒的胶结物质,改变了土样固体颗粒的粒径分布,粗颗粒减小,细颗粒增加。使得土体的孔隙比、干密度、体积均增加,压缩系数的变化与含水量和冻融循环次数正相关,压缩模量的变化与含水量和冻融循环次数反相关,压缩性增强。本文的研究结果可对阳曲甚至山西的黄土工程提供帮助。     

黄土固结过程中电阻率参数的变化

为了定量评价黄土固结过程中的微结构变化,采用交流电阻率法研究黄土固结过程中的电阻率结构特性参数(平均结构因子、平均形状因子、各向异性系数)的变化规律,并对比分析了原状黄土与重塑黄土的电阻率参数变化,从结构变化角度解释电阻率参数的变化机理,同时分析了电流频率对电阻率的影响。试验结果表明:原状黄土与重塑黄土的电阻率参数变化规律不同;黄土固结过程中,随着压力的增大,原状黄土与重塑黄土的竖向电阻率先减小后增大、横向电阻率增大、各向异性系数先减小后增大;原状黄土的平均结构因子和平均形状因子先减小后增大,重塑黄土的平均结构因子和平均形状因子增大;各电流频率下的结构特性参数变化规律基本相似,但数值大小存在差异;建议合理的电流测试频率范围为50kHz~1 MHz。     

原状黄土的非线性弹性损伤本构模型

随着黄土地区工程的逐渐增多,对黄土力学本构关系的研究十分必要.通过原状黄土的三轴压缩变形试验,研究应力-应变和应变-体变曲线的变化特征,初步分析原状黄土的损伤机制,在此基础上建立了能描述原状黄土变形特性的本构关系,并通过试验验证了其合理性.