黃土滑坡災(zāi)害的各項研究中,針對黃土泥流的啟動及運動機理歷來受到關(guān)注,雖然已有大量研究指出黃土泥流呈流態(tài)化運移特征且運動特性與粘性流體的運動特性類似,但并未深入系統(tǒng)的研究黃土的流變特性,致使黃土流變特性試驗研究較少。為加深對黃土流變特性認識,分析黃土流變特性隨基本物理性質(zhì)的變化規(guī)律,同時為黃土泥流的災(zāi)害評價提供科學(xué)合理的參數(shù),本論文使用流變儀與粘度計對黃土試樣進行了流變特性試驗研究。通過一系列試驗,獲得了不同基本物理條件下試樣的流變特性變化規(guī)律,主要分析含水率、粒徑分布、添加溶液鹽分濃度、洗鹽與泥流過程對黃土流變特性的影響。為研究含水率對黃土的流變特性影響,通過流變儀的旋轉(zhuǎn)試驗,測試了設(shè)置試驗條件下黃土試樣的流變特性。使用Bingham模型與Herschel-Bulkley模型擬合出流變參數(shù),分析了試樣流變參數(shù)隨含水率的變化關(guān)系�？偨Y(jié)了試樣的表觀粘度隨剪切速率的變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)了試驗結(jié)果不足。與前人研究成果的對比,驗證了試驗結(jié)果的合理性。為進一步研究黃土相對靜態(tài)的結(jié)構(gòu)特性以及對外力的響應(yīng),設(shè)置了振蕩試驗與蠕變試驗,探究試樣隨剪切運動會發(fā)生狀態(tài)變化,驗證了擬合流變參數(shù)的合理性。為研究黃土試樣粒徑分布差異、添加溶液鹽分濃度差異及洗鹽與流動對黃土試樣流變特性的影響,通過粘度計的旋轉(zhuǎn)試驗,測試了人工調(diào)配的什川試樣的流變特性。分析了黃土流變特性隨基本物理性質(zhì)的變化規(guī)律,同時進一步針對洗鹽與流動行為對試樣流變特性的影響進行分析。流變儀的旋轉(zhuǎn)試驗結(jié)果表明,黃土表現(xiàn)出顯著的剪切稀釋性。隨著含水率的提升,黃土的屈服應(yīng)力、塑性粘度與稠度迅速下降,流動性指數(shù)沒有明顯的變化規(guī)律。相比于塑性粘度與稠度,屈服應(yīng)力對含水率的響應(yīng)更為明顯。隨著含水率的提升,試樣的流動特性將逐漸趨近于牛頓流體特性。兩種流變模型中,HerschelBulkley模型對剪切速率-剪切應(yīng)力關(guān)系擬合效果優(yōu)于Bingham模型。通過振蕩試驗的測試結(jié)果可以表明,隨著剪切應(yīng)變的不斷增大,試樣的粘彈性減弱,流動性增強,當(dāng)應(yīng)力應(yīng)變達到一定程度,試樣狀態(tài)會發(fā)生固體-液體狀態(tài)轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換所需要的剪切應(yīng)力隨含水率的提升迅速下降。通過蠕變試驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),Bingham模型擬合的屈服應(yīng)力較Herschel-Bulkley模型更符合試驗結(jié)果。粘度計的試驗結(jié)果表明,黃土細顆粒含量及添加溶液鹽分濃度的升高會導(dǎo)致黃土的屈服應(yīng)力、塑性粘度及稠度升高。其主要原因在于:隨著粘土顆粒含量的升高,單位體積濃度內(nèi)顆粒碰撞與粘附幾率增加,絮凝作用增強;隨著鹽分濃度的升高,粘土顆粒間雙電層厚度逐漸壓縮,顆粒間靜電斥力下降,絮凝作用增強。由此導(dǎo)致流變參數(shù)隨粒徑分布及添加溶液鹽分濃度變化。對于本次獲取的流動前后的試樣,由于其含鹽量相差不大,流動后導(dǎo)致細顆粒含量減少,因此試樣的屈服應(yīng)力、塑性粘度及稠度均會降低。對于洗鹽前后試樣,盡管試樣的含鹽量降低,但是細顆粒含量增加,在兩種相反作用下,粒徑分布的影響大于鹽分濃度對試樣的影響,最終導(dǎo)致試樣流變特性變化。本文系統(tǒng)研究不同基本物理性質(zhì)條件下的黃土試樣,通過大量試驗分析了含水率、粒徑分布、鹽分濃度差異對黃土流變特性的影響,還進一步針對洗鹽與流動兩種過程對黃土試樣的流變特性進行了分析,為黃土泥流的流動行為研究提供基礎(chǔ)試驗參數(shù)。黃土流變特性的試驗研究將對黃土高原地區(qū)的黃土泥流的監(jiān)測預(yù)警、災(zāi)害防治與風(fēng)險評價具有重要的意義。
【學(xué)位單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TU44;P642.2
【部分圖文】：

平板模型示意圖

Bingham模型

圖 1-2 理想模型示意圖(a) Hooke 理想彈性模型；(b) St. Venant 理想塑性模型；(c) Newtonian 理想粘性模型現(xiàn)實中的物體一般都不是理想模型，但通過三種模型的組合便可以近似

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本文編號：2818623