為探索干濕循環(huán)作用下膨脹土力學(xué)性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)損傷的多尺度效應(yīng),首先對(duì)重塑膨脹土試樣進(jìn)行0～6次干濕循環(huán)并記錄開(kāi)裂過(guò)程,而后分別展開(kāi)三軸強(qiáng)度試驗(yàn)、核磁共振測(cè)試及掃描電鏡試驗(yàn),進(jìn)而研究土體宏觀力學(xué)行為與微細(xì)觀結(jié)構(gòu)損傷規(guī)律。研究結(jié)果表明:（1）干濕作用參與下,土體應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)軟化顯著,抗剪強(qiáng)度劣化,其中黏聚力在前3次干濕循環(huán)期間驟減,4次后趨于穩(wěn)定,內(nèi)摩擦角變化較小;（2）土體裂隙在干濕循環(huán)作用下經(jīng)歷了啟裂期、傳播期和平衡期,平均裂隙率及平均隙寬均先后經(jīng)歷了增長(zhǎng)期和穩(wěn)定期,且平均隙寬在穩(wěn)定期末略有收斂;（3）土體微觀結(jié)構(gòu)受干濕循環(huán)影響顯著,孔隙總體積增加,微孔不斷粗化、貫通,形成介孔或大孔;土體微觀結(jié)構(gòu)破碎、疏松,顆粒和孔隙間界限模糊;顆粒豐度稍有增加,但整體處于平衡互饋狀態(tài);顆粒定向頻率整體呈各向同性,但局部存在最優(yōu)取向;粒徑分布表現(xiàn)為黏粒稍減、粉粒稍增、砂粒相對(duì)穩(wěn)定。綜合分析上述結(jié)果,對(duì)干濕循環(huán)下膨脹土的微細(xì)觀損傷過(guò)程進(jìn)行描述,從而得到土體力學(xué)性能劣化的多尺度機(jī)制:濕度交替變化引起土體內(nèi)親水性黏土礦物循環(huán)脹縮,誘發(fā)膨脹勢(shì)、基質(zhì)勢(shì),反復(fù)作用于土體微細(xì)觀結(jié)構(gòu),造成疲勞損傷,導(dǎo)致土體黏聚力驟減... 

【文章來(lái)源】：巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2020,39(10)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：12 頁(yè)

【部分圖文】：

取樣現(xiàn)場(chǎng)概況Fig.1Samplingsiteoverview

振及掃描電鏡觀測(cè)，明確了土體宏觀抗剪強(qiáng)度、細(xì)觀裂隙及微觀孔隙(顆粒)的演化規(guī)律及內(nèi)在關(guān)聯(lián)；綜合分析試驗(yàn)結(jié)果，全面描述了干濕環(huán)境下膨脹土的微細(xì)觀損傷過(guò)程；最后，著重探討了土體力學(xué)性能及結(jié)構(gòu)損傷演化的多尺度機(jī)制。2試驗(yàn)方案2.1試驗(yàn)材料土樣采自陜西西鄉(xiāng)盆地一處膨脹土邊坡(32°5753"N，107°4738"E)，取樣深度1～1.5m，呈黃褐色，局部存在白色被膜，為鈣質(zhì)結(jié)核或其他造巖礦物(見(jiàn)圖1)。土樣基本物性測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1、顆粒級(jí)配信息見(jiàn)圖2。借助Shimadzu7000SX射線(xiàn)圖1取樣現(xiàn)場(chǎng)概況Fig.1Samplingsiteoverview表1土樣的基本物理性質(zhì)Table1Basicphysicalpropertiesofsoilsamples天然含水率/%干密度/(g·cm－3)相對(duì)密度液限/%塑限/%塑性指數(shù)收縮系數(shù)自由膨脹率/%19.3～19.41.652.7145.220.524.70.3646＞0.075mm砂粒17.38%＜0.005mm黏粒40.26%0.005～0.075mm粉粒42.36%圖2土樣的粒徑分布Fig.2Grainsizedistributionofsoilsamples衍射儀，鑒定了土樣的礦物成分，其中黏土礦物主要為伊利石、伊蒙混層、高嶺石和綠泥石，含量依次為19%，29%，13%及6%，伊蒙混層(I/S)中蒙脫石占15%，其余為石英21%和長(zhǎng)石12%。考慮土體自由膨脹率測(cè)試結(jié)果及蒙脫石含量，參考規(guī)范[25]，將其歸類(lèi)為中等偏弱膨脹土。2.2試驗(yàn)方法(1)試樣制備及干濕循環(huán)試驗(yàn)研究所用試樣均為重塑試樣，將所取土壤徹底粉碎，破壞所有可見(jiàn)骨料，隨后烘干、過(guò)篩，根據(jù)目標(biāo)含水率(21%)取相應(yīng)蒸餾水與散土均勻拌和，密封48h，使水分?jǐn)U散均勻，而后根據(jù)目標(biāo)干密度(1

撂逑感≈旅?的黏土礦物反復(fù)脹縮，加快其周?chē)馏w結(jié)構(gòu)損傷、疏松，從而大量微孔粗化、貫通，形成較大一級(jí)的介孔或大孔。綜上所述，土樣的NMR測(cè)試相比傳統(tǒng)NA和MIP測(cè)試具有擾動(dòng)孝反演靈敏、樣品尺寸多樣化等優(yōu)勢(shì)，但局限于獲取土體孔隙結(jié)構(gòu)信息，對(duì)于顆粒范疇的研究，還需深入分析SEM測(cè)試結(jié)果。(2)顆粒結(jié)構(gòu)的干濕循環(huán)效應(yīng)為保證視域內(nèi)土體結(jié)構(gòu)的完整度和清晰度，擬選用較高倍率的微觀圖像予以分析。限于篇幅，僅展示試樣歷經(jīng)0，5次干濕循環(huán)后在放大5000倍下的SEM微觀圖像，如圖12所示。平層片狀絲網(wǎng)漩渦狀薄片層狀貫通孔隙顆粒破碎體(a)0次(b)5次圖12不同干濕次數(shù)下試樣SEM圖像Fig.12SEMimagesofsamplesunderdifferentdry-wetcycles觀察圖12(a)發(fā)現(xiàn)，未干濕的試樣微觀顆粒主要為細(xì)小的黏粒或較大的集聚體，粉砂粒相對(duì)少見(jiàn)，土顆粒間定向度及排列形式存在較大差異，局部黏粒組呈平層片狀，少數(shù)表面有輕微翹起的片狀顆粒附著，且具有較好的定向性，較大的集聚體間呈面-面締合或面-邊拼接，視域內(nèi)結(jié)構(gòu)相對(duì)緊湊且牢固。分析圖12(b)可知，5次干濕后，土體原有致密結(jié)構(gòu)喪失，視域內(nèi)顆粒破碎嚴(yán)重，顆粒與孔隙間的界限變得模糊，局部薄片狀顆粒卷曲，粒間孔隙貫通，且多集中在黏土礦物附近，視域內(nèi)土體結(jié)構(gòu)整體變得松散。由此可見(jiàn)，前述土體宏觀強(qiáng)度的劣化及細(xì)觀裂隙的傳播，在微觀結(jié)構(gòu)演化趨勢(shì)中也均有所體現(xiàn)。顆粒結(jié)構(gòu)的量化研究擬從顆粒形態(tài)(豐度)、排

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3052746