考慮沉積環(huán)境和應(yīng)力歷史的黃土力學(xué)特性研究.pdf

1、本文以洛川黃土標(biāo)準(zhǔn)剖面為研究對象，根據(jù)前人對黃土與環(huán)境研究所取得的舉世矚目的成果，對黃土物理力學(xué)性質(zhì)沿深度的變化差異進(jìn)行系統(tǒng)分析；以結(jié)構(gòu)特性及其強(qiáng)度研究為橋，將黃土與環(huán)境的研究與黃土力學(xué)特性研究有機(jī)地結(jié)合起來；對考慮結(jié)構(gòu)性的黃土壓縮性、抗剪強(qiáng)度以及考慮結(jié)構(gòu)性的黃土濕陷性進(jìn)行了研究，并建立了考慮結(jié)構(gòu)性和應(yīng)力歷史的黃土本構(gòu)關(guān)系。屬于基礎(chǔ)性的研究，但是對黃土研究的領(lǐng)域具有一定的補充和擴(kuò)展作用，同時會促動環(huán)境土力學(xué)研究的發(fā)展。在黃土力學(xué)研究領(lǐng)域

2、的理論意義顯而易見，會給黃土地區(qū)的高邊坡工程、公路隧道、鐵路隧道以及地下建筑工程設(shè)計施工中參數(shù)的選取提供一定的理論支持。對黃土的工程力學(xué)研究具有重要的理論指導(dǎo)和實踐意義。主要取得了以下成果： (1)洛川標(biāo)準(zhǔn)剖面黃土-古土壤的主要物理、力學(xué)性質(zhì)以及濕陷特性，均沿深度出現(xiàn)了幅度不等的波動性變化，而且波峰、波谷出現(xiàn)于古土壤以及上覆或下伏黃土層中。靜力觸探原位測試曲線更清晰地印證這種現(xiàn)象，說明黃土與古土壤、黃土層內(nèi)以及不同時代的古土壤均

3、存在著明顯的結(jié)構(gòu)性差異。 (2)結(jié)合前人在黃土與環(huán)境方面的研究成果，通過分散及不分散處理的顆粒分析試驗，得出了黃土中碎屑顆粒明顯多于古土壤而粘土顆粒少于古土壤以及古土壤中集粒含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于黃土的認(rèn)識；結(jié)合電鏡掃描圖片分析，探討了洛川標(biāo)準(zhǔn)剖面黃土一古土壤序列結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)性差異的形成過程和原因，指出了干冷和溫濕的古氣候旋回是黃土與古土壤結(jié)構(gòu)差異形成的最關(guān)鍵因素。 (3)通過高壓固結(jié)試驗分析，發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)剖面的黃土-古土壤均呈超固結(jié)

4、狀態(tài)。這種現(xiàn)象是由黃土正常堆積后的環(huán)境變化和固結(jié)歷史造成的。即在黃土的初始結(jié)構(gòu)形成后，在不同的應(yīng)力作用時間和溫濕、干冷氣候旋回條件下，黃土及古土壤的結(jié)構(gòu)得到不同程度的加強(qiáng)，存在“后期加固結(jié)構(gòu)強(qiáng)度”。 (4)通過高壓固結(jié)、直接剪切以及三軸剪切試驗對比，分析了后期加固結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的求取方法可行性和適用性。發(fā)現(xiàn)直接剪切試驗受試驗壓力的影響，在求取后期加固結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及抗剪強(qiáng)度指標(biāo)時均具有局限性，而三軸剪切和高壓固結(jié)試驗獲取的后期加固結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

5、比較接近，是可行的方法。 (5)建立了環(huán)境因素以及應(yīng)力歷史與后期加固結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的定量關(guān)系，然后定量地研究了后期加固的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與黃土-古土壤序列的物理、力學(xué)性質(zhì)的關(guān)系，將環(huán)境因素以及應(yīng)力歷史引入到黃土力學(xué)研究領(lǐng)域內(nèi)。 (6)分析了原狀土樣完全飽和的實質(zhì)，是后期加固結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的完全喪失和初始結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的部分破壞。因此，通過原狀、重塑和飽和三種試樣的高壓固結(jié)試驗可以得出黃土及古土壤結(jié)構(gòu)對水的敏感程度。 (7)從環(huán)境和應(yīng)力歷史

6、角度分析了黃土濕陷的原因，可以由內(nèi)因和外因兩方面探討。內(nèi)因是黃土遇水后結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的降低以及受古氣候演化、環(huán)境變遷和應(yīng)力作用時間等控制形成的差異初始含水量和結(jié)構(gòu)水敏度。古土壤形成于溫濕的環(huán)境，受水影響時間較長，初始含水量大，結(jié)構(gòu)水敏度較小，濕陷性較?。欢S土形成于干冷的環(huán)境，受水影響時間較短，初始含水量小，結(jié)構(gòu)水敏度較大，濕陷性較大。而外因則包括水及荷載的變化。在飽水條件下，外加荷載大到足以破壞后期加固結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時，黃土及古土壤便開始發(fā)生濕陷

7、變形。 (8)通過對摩爾強(qiáng)度包絡(luò)線及應(yīng)力-應(yīng)變特性的分析，探討了后期加固結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的發(fā)揮特征。認(rèn)為包線初始段即彈性變形階段，對應(yīng)著初始結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的發(fā)揮；包線中間段即彈塑性變形階段，對應(yīng)著后期加固結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的發(fā)揮到完全喪失；包線最后的水平段即塑性變形階段，后期加固結(jié)構(gòu)強(qiáng)度完全喪失，土體進(jìn)入塑性流動狀態(tài)。 (9)考慮土體在受荷過程中的后期加固結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的發(fā)揮特征，引入可以表達(dá)其發(fā)揮程度的參數(shù)，對鄧肯-張模型進(jìn)行修正，使得它具有了更廣