合肥地區(qū)黏性地基土非飽和工程特性試驗研究.pdf

1、為研究合肥地區(qū)黏性地基土的非飽和工程特性，選取該地區(qū)某鐵路地基土為研究對象，依次分析了地基土的工程地質(zhì)特性;物質(zhì)組成特性，包括:顆粒組成特性，礦物成分、化學(xué)成分及相互之間的耦合特性，級配及礦物成分對基質(zhì)吸力的影響特性等。區(qū)別于常規(guī)飽和土的試驗方法，采用非飽和土壓力板儀、能控制基質(zhì)吸力的非飽和土四聯(lián)直剪儀及非飽和土三軸儀對黏性地基土進(jìn)行了不考慮應(yīng)力、考慮凈豎向應(yīng)力及凈平均應(yīng)力的SWCC試驗，分析了地基土在不同應(yīng)力狀態(tài)下的土水特性;并結(jié)合非

2、飽和土孔隙體積分形模型和Van Genuchten模型，分析了地基土土水特征曲線的分形特性，綜合研究了試驗段黏性地基土的非飽和土水特性。利用非飽和土固結(jié)儀和三軸儀對地基土的一維和三維壓縮變形及蠕變變形特性進(jìn)行了相應(yīng)的試驗研究;最后利用非飽和土三軸儀對地基土進(jìn)行了考慮基質(zhì)吸力、凈圍壓和干密度的三軸排水剪切試驗，研究了其非飽和強度特性。通過上述研究，主要得到以下幾方面的結(jié)論:
　　(1)試驗段地基土中主要黏土礦物為蒙脫石和伊利石;化學(xué)

3、成分主要為SiO2、Al2O3、Fe2O3;地基土的殘余含水率與黏粒含量呈現(xiàn)出明顯的線性正相關(guān)，而與粉粒含量呈現(xiàn)出線性負(fù)相關(guān);殘余基質(zhì)吸力與黏粒含量呈非線性負(fù)相關(guān)，而與粉粒含量呈非線性正相關(guān);同時，殘余含水率和殘余基質(zhì)吸力與地基土中蒙脫石的含量呈明顯的線性關(guān)系，而與伊利石的含量并無明顯相關(guān)性。
　　(2)相同大小的應(yīng)力作用下，考慮凈平均應(yīng)力的SWCC呈現(xiàn)出邊界效應(yīng)、過渡及非飽和殘余三個區(qū)段，考慮凈豎向應(yīng)力的SWCC只出現(xiàn)過渡及非飽

4、和殘余段，而不受應(yīng)力的SWCC，過渡段比較明顯，并呈現(xiàn)出水平的直線段，邊界效應(yīng)和非飽和殘余段均不明顯;針對試驗段黏性地基土，得到一種同時考慮凈豎向應(yīng)力、凈平均應(yīng)力和基質(zhì)吸力的廣義土水特征曲線模型;基于非飽和土孔隙體積的分形模型和土水特征曲線的Van Genuchten模型，得到一種基于Van Genuchten模型參數(shù)求解非飽和土分維數(shù)的理論解。
　　(3)提出吸力切線壓縮系數(shù)的概念，通過試驗發(fā)現(xiàn)試驗段黏性地基土的吸力切線壓縮系數(shù)

5、隨凈豎向應(yīng)力的增大呈現(xiàn)出指數(shù)形式的衰減規(guī)律;屈服凈平均應(yīng)力隨吸力的增大而增大，而屈服吸力隨凈平均應(yīng)力的增大呈現(xiàn)出線性減小，并根據(jù)Barcelona模型得到試驗段黏性地基土的非飽和LC和SI屈服線。
　　(4)不同基質(zhì)吸力的一維蠕變變形隨時間的變化規(guī)律大致可以分為兩個階段:①第一階段，變形隨時間的增長呈現(xiàn)快速增長;②第二階段，變形隨時間的增長逐漸趨于穩(wěn)定;對于試驗段的黏性地基土，其一維非飽和蠕變特性的時間函數(shù)呈冪次關(guān)系，且含水率的增

6、加會同時引起回彈變形和壓縮變形。
　　(5)提出將基質(zhì)吸力與凈圍壓的比值作為一種新的應(yīng)力水平F，發(fā)現(xiàn)不同應(yīng)力水平下地基土的三維蠕應(yīng)變與時間之間呈現(xiàn)出良好的雙曲線關(guān)系，而在半對數(shù)坐標(biāo)中呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系;不同應(yīng)力水平F下的ε-lgt曲線均可大致看作由兩個直線段構(gòu)成，分別代表了加速蠕變和穩(wěn)定蠕變兩個階段，兩階段的時間節(jié)點隨F的增大呈現(xiàn)線性的減小。采用冪函數(shù)描述三維應(yīng)力-蠕應(yīng)變的關(guān)系，用雙曲線函數(shù)描述三維蠕應(yīng)變-時間之間的關(guān)系，得到一種