【摘要】：延安特殊的黃土丘陵溝壑地形限制著其城市化進(jìn)程的迅速發(fā)展,為解決用地難題并且適應(yīng)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展模式,黃土填溝造地工程在延安地區(qū)大量呈現(xiàn)。大量的高填方工程改變了原來(lái)自然形成的地下水排泄系統(tǒng),加之原狀黃土和壓實(shí)黃土力學(xué)性質(zhì)差異,目前高填方的變形及邊坡穩(wěn)定性成了工程建設(shè)中的關(guān)鍵性問(wèn)題。因此開(kāi)展該地區(qū)的壓實(shí)黃土強(qiáng)度及變形特性的研究具有重要的工程意義,其研究成果對(duì)于壓實(shí)黃土填筑地基的變形分析與計(jì)算具有一定的指導(dǎo)價(jià)值。同時(shí)如何有效的消除高填方工程中黃土變形破壞現(xiàn)象并且明顯改善壓實(shí)黃土強(qiáng)度也成為了填溝造地工程施工中急需解決的一大關(guān)鍵問(wèn)題。因此本文在前人研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合現(xiàn)有的條件,以延安地區(qū)黃土高填方工程為研究對(duì)象,重點(diǎn)針對(duì)影響壓實(shí)黃土變形破壞的兩大主要因素——含水率及壓實(shí)度,結(jié)合黃土的擊實(shí)特性,通過(guò)固結(jié)不排水三軸試驗(yàn),對(duì)不同含水率和壓實(shí)度下壓實(shí)黃土的強(qiáng)度、變形變化規(guī)律進(jìn)行了分析研究,并采用玻璃纖維作為黃土高填方改良加筋材料,探究玻璃纖維加筋材料對(duì)于壓實(shí)黃土強(qiáng)度增強(qiáng)機(jī)理。本文的主要研究成果和結(jié)論有:(1)壓實(shí)黃土應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)整體呈現(xiàn)S形的形態(tài),為彈塑性曲線(xiàn),其在剪切過(guò)程中一般經(jīng)歷非線(xiàn)性彈性壓密(OA階段)、線(xiàn)彈性(AB階段)、塑形(BC階段)、應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)(CD階段)這四個(gè)階段;玻璃纖維加筋黃土應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)呈現(xiàn)為增長(zhǎng)型“S”曲線(xiàn),在剪切過(guò)程中一般經(jīng)歷非線(xiàn)性彈性壓密(OA階段)、線(xiàn)彈性(AB階段)、塑性應(yīng)變硬化(BC階段)這三個(gè)階段。(2)壓實(shí)黃土初始模量E_0、彈性模量E、割線(xiàn)模量E50與圍壓、壓實(shí)度均呈線(xiàn)性增長(zhǎng)關(guān)系,同時(shí)隨含水率的增長(zhǎng)而線(xiàn)性降低。割線(xiàn)模量Es隨應(yīng)變?cè)龃蟮淖兓厔?shì)呈山丘狀,即割線(xiàn)模量Es隨應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)呈直線(xiàn)的增長(zhǎng)至最大割線(xiàn)模量后,割線(xiàn)模量隨應(yīng)變的增大呈指數(shù)型衰減最終趨于穩(wěn)定。隨著含水率的降低或壓實(shí)度的增加壓實(shí)黃土破壞應(yīng)力呈線(xiàn)性增長(zhǎng)趨勢(shì),其增大幅度隨著圍壓的增大而增大。壓實(shí)黃土屈服應(yīng)力隨圍壓、壓實(shí)度的增大及含水率的降低均呈直線(xiàn)型增長(zhǎng)。在p-q應(yīng)力平面中不同含水率及不同壓實(shí)度下的屈服狀態(tài)臨界線(xiàn)均為直線(xiàn)型。(3)隨著壓實(shí)度的增大及含水率的降低,壓實(shí)黃土黏聚力及內(nèi)摩擦角均會(huì)增加,但含水率及壓實(shí)度對(duì)黏聚力的影響程度大于對(duì)內(nèi)摩擦角的影響。壓實(shí)黃土內(nèi)摩擦角與含水率呈冪函數(shù)關(guān)系:φ = a +bw~c 與壓實(shí)度呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系:φ=a_1-b_1c_1~k;黏聚力與含水率呈冪函數(shù)關(guān)系:c=a_2-b_2w~(c_2),與壓實(shí)度具有線(xiàn)性關(guān)系。(4)相較于無(wú)加筋壓實(shí)黃土,玻璃纖維加筋壓實(shí)黃土的初始模量及彈性模量明顯增高,均隨加筋長(zhǎng)度L及纖維摻入量R的增大均呈現(xiàn)線(xiàn)性增長(zhǎng)關(guān)系;初始模量E_0隨加筋長(zhǎng)度L及纖維摻入量R增長(zhǎng)關(guān)系可表示為E_0=(aL+b)R+(a'L+b')P_a(σ_3/P_a)n';玻璃纖維加筋黃土彈性模量隨加筋長(zhǎng)度L及纖維摻入量R變化關(guān)系式:E=(a1σ3+mR+i)L+E1+a1RPa(σ3/Pa)a2Rr2。(5)玻璃纖維加筋黃土R～L～(σ_1-σ_3)f三維散點(diǎn)圖呈現(xiàn)一上凸型曲面形態(tài),建立各級(jí)圍壓下破壞應(yīng)力隨加筋長(zhǎng)度及纖維摻量變化的二元復(fù)合函數(shù)方程式:(σ_1-σ_3)f=Z_0+Be-(R/C+L/D);不同加筋長(zhǎng)度下,玻璃纖維加筋黃土在p-q-R應(yīng)力空間中的屈服狀態(tài)臨界面表現(xiàn)為一平行四邊形平面,建立玻璃纖維加筋黃土屈服應(yīng)力臨界狀態(tài)面隨玻璃纖維加筋長(zhǎng)度L及纖維摻入量R的增長(zhǎng)的關(guān)系公式:q=+aL+b+aR+cLd p。(6)黏聚力隨加筋長(zhǎng)度及纖維摻入量的增大呈對(duì)數(shù)關(guān)系增長(zhǎng),纖維摻入量相較于加筋長(zhǎng)度的增大,對(duì)于黏聚力的增強(qiáng)提升作用更明顯;建立玻璃纖維加筋黃土黏聚力與玻璃纖維摻入量、加筋長(zhǎng)度的變化關(guān)系式:c=c_1+Ke~(-(L/M+R/N));內(nèi)摩擦角雖然隨著玻璃纖維摻入量及加筋長(zhǎng)度的增長(zhǎng)而有所增加,但是其增長(zhǎng)幅度及增長(zhǎng)范圍極小。(7)針對(duì)研究區(qū)S型壓實(shí)黃土應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)形態(tài),采用典型的S型函數(shù)——Logistic函數(shù)對(duì)應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)進(jìn)行擬合,得到研究區(qū)壓實(shí)黃土在不同圍壓下應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)關(guān)系模型:(8)纖維的加筋效果主要取決于纖維與土體的相互作用,將纖維相對(duì)滑移函數(shù)fm、強(qiáng)度加筋效果系數(shù)K0引入含水率及壓實(shí)度一定的壓實(shí)黃土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系式中,進(jìn)一步建立玻璃纖維加筋土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系式:(σ_1-σ_3)= KA_2[1-1/(1+(ε/fmε50))~p]。
【學(xué)位授予單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TU444
【圖文】：

技術(shù)路線(xiàn)圖

局部披蓋殘坡積土 研究區(qū)黃土厚度隨地形和下伏基巖起伏變化，呈黃色，結(jié)構(gòu)致密且堅(jiān)硬，垂直節(jié)理發(fā)育，土體內(nèi)部含有些許的鈣質(zhì)結(jié)核及蝸牛殼；層間可見(jiàn)兩層棕紅色古土壤層，古土壤中含大量鈣質(zhì)結(jié)核和鈣質(zhì)斑點(diǎn) 為消除因外部因素所造成的干擾，需將表層浮土清除最少二十公分后方可取樣（圖 2.2），采用氣泡膜及保險(xiǎn)膜對(duì)取得的土樣進(jìn)行密封，防止土體內(nèi)部水分蒸發(fā)同時(shí)減少運(yùn)輸過(guò)程中的震動(dòng)所造成的影響（圖 2.3 和圖 2.4） 圖 2.1 研究區(qū)航拍圖 圖 2.2 取樣點(diǎn)

局部披蓋殘坡積土 研究區(qū)黃土厚度隨地形和下伏基巖起伏變化，呈黃色，結(jié)構(gòu)致密且堅(jiān)硬，垂直節(jié)理發(fā)育，土體內(nèi)部含有些許的鈣質(zhì)結(jié)核及蝸牛殼；層間可見(jiàn)兩層棕紅色古土壤層，古土壤中含大量鈣質(zhì)結(jié)核和鈣質(zhì)斑點(diǎn) 為消除因外部因素所造成的干擾，需將表層浮土清除最少二十公分后方可取樣（圖 2.2），采用氣泡膜及保險(xiǎn)膜對(duì)取得的土樣進(jìn)行密封，防止土體內(nèi)部水分蒸發(fā)同時(shí)減少運(yùn)輸過(guò)程中的震動(dòng)所造成的影響（圖 2.3 和圖 2.4） 圖 2.1 研究區(qū)航拍圖 圖 2.2 取樣點(diǎn)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2782111