發(fā)布時(shí)間：2018-11-02 17:18

【摘要】：膨脹土廣泛分布于世界上60多個(gè)國(guó)家和地區(qū),因其顯著的脹縮性和裂隙性,每年造成150億美元以上的經(jīng)濟(jì)損失。結(jié)構(gòu)性破損是膨脹土的重要特征,對(duì)膨脹土的變形、強(qiáng)度和穩(wěn)定性有重要影響;如何表征破損土體的演化理論,是當(dāng)前的前沿課題;而選擇合理的損傷變量決定著模型的正確性。誘發(fā)裂隙破損的關(guān)鍵外因是含水狀態(tài)的不同,這種復(fù)雜的水分狀態(tài)可以用土-水特征曲線(SWCC)方程方便地表示�；赟WCC方程,可極為方便地預(yù)測(cè)土體的強(qiáng)度、滲透性、土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性;但其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取極為耗時(shí)費(fèi)力,是制約其工程應(yīng)用的關(guān)鍵因素。文章首先對(duì)破損膨脹土進(jìn)行了相關(guān)的強(qiáng)度表征和損傷變量評(píng)價(jià),并基于van Genuchten土-水表征方程和Fredlund雙應(yīng)力變量理論,提出了考慮土體變形、孔隙多峰形態(tài)分布、表征精度較高,具有“三點(diǎn)擬合”功能的非飽和土廣義SWCC表征方程,并進(jìn)行了多層次多角度的驗(yàn)證。主要研究工作如下:(1)以南水北調(diào)中線工程陶岔引水渠坡的膨脹土為試驗(yàn)研究對(duì)象,通過(guò)控制凈圍壓和吸力分別為100、50 kPa下的CT-三軸剪切試驗(yàn),定量研究了分別基于承載面積、CT數(shù)的均值ME和方差SD這幾種損傷變量表征方法的合理性;基于Kachanov連續(xù)損傷變量及Fredlund非飽和土有效應(yīng)力理論,提出了結(jié)構(gòu)性破損膨脹土的強(qiáng)度表征方法;利用改進(jìn)型非飽和土三軸儀對(duì)不同破損程度的三組15個(gè)重塑試樣進(jìn)行控制凈圍壓分別為50,100,150 kPa的三軸壓縮試驗(yàn),定量分析了荷載作用下初始孔洞破損基元及裂隙演化形式對(duì)膨脹土力學(xué)特性的影響。(2)比較了當(dāng)前經(jīng)典的SWCC方程,構(gòu)建了雙應(yīng)力變量廣義SWCC概念圖示并定義了相對(duì)體積含水比,基于Fredlund雙應(yīng)力變量理論及van Genuchten土-水方程,構(gòu)建了具有包容復(fù)雜因素能力,能夠處理考慮土體變形及多孔隙尺度集群土體固-液-氣共同運(yùn)動(dòng)及作用的水力-力學(xué)力耦合廣義雙應(yīng)力變量SWCC方程。(3)利用基于軸平移技術(shù)的Geo-Expert高級(jí)型應(yīng)力相關(guān)土-水特征曲線壓力板儀研究了不同覆壓(0、40、100、200kPa)對(duì)南陽(yáng)膨脹土SWCC的影響;并對(duì)提出的考慮土體變形及多孔隙分布形態(tài)的雙應(yīng)力變量廣義SWCC表征方程進(jìn)行如下試驗(yàn)驗(yàn)證:(1)不同覆土壓力下微多峰形態(tài)的南陽(yáng)膨脹土K0固結(jié)試驗(yàn)及脫濕實(shí)驗(yàn)SWCC驗(yàn)證;(2)零凈正應(yīng)力狀態(tài)雙孔隙尺度硅藻土雙峰SWCC試驗(yàn)驗(yàn)證;(3)不同凈圍壓狀態(tài)下單孔隙尺度韓國(guó)殘積土SWCC試驗(yàn)驗(yàn)證;(4)多應(yīng)力路徑下法國(guó)Bapaume黃土、不同初始干密度下日本Edosaki砂土在脫濕-吸濕過(guò)程SWCC實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。主要結(jié)論如下:(1)破損面積和SD可以作為損傷變量表征參數(shù),而ME不適合用來(lái)表征膨脹土的損傷變量,雖然ME可以很好地用來(lái)定義巖石的損傷變量;考慮結(jié)構(gòu)性及破損的非飽和土力學(xué)表征能夠很好地描述土體的力學(xué)行為�？锥雌茡p對(duì)膨脹土強(qiáng)度強(qiáng)化或弱化效果與初始含水量密切相關(guān)。24%含水率時(shí),無(wú)破損試樣強(qiáng)度低于3mm中心孔、6 mm中心孔、6 mm偏心孔和4個(gè)3 mm周邊孔破損試樣。7%含水率下,孔洞破損對(duì)強(qiáng)度具有削弱效果,裂隙發(fā)育形態(tài)、演化形式對(duì)土體結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度起主導(dǎo)作用;根據(jù)破壞機(jī)制將該力學(xué)關(guān)系表示為裂隙發(fā)育及殘余強(qiáng)度兩個(gè)階段,線性硬化破壞、彈塑性破壞、脆塑性破壞、線性軟化破壞四種破壞模式。(2)構(gòu)建的廣義SWCC方程考慮了多峰孔隙概率密度函數(shù)分布及土體變形,實(shí)現(xiàn)了從應(yīng)力歷史推廣到應(yīng)力狀態(tài)的廣義情況。相較于2參數(shù)BrooksCorey方程、3參數(shù)van Genuchten方程以及4參數(shù)FredlundXing方程,該SWCC方程僅3個(gè)參數(shù),其中2個(gè)參數(shù)在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系的“相對(duì)體積含水比-吸力‖平面中進(jìn)行最小二乘法線性擬合得到,剩余的1個(gè)參數(shù)通過(guò)非線性最小二乘法擬合得到。(3)未考慮凈法向應(yīng)力影響的單應(yīng)力狀態(tài)多峰SWCC、考慮K0雙應(yīng)力狀態(tài)多峰SWCC、各向同性凈法向應(yīng)力單峰SWCC、不同脫濕-吸濕路徑SWCC、不同初始干密度試驗(yàn)數(shù)據(jù)的廣義SWCC方程擬合結(jié)果表明:雙應(yīng)力廣義SWCC具有包容復(fù)雜影響因素的能力;新方程具常規(guī)擬合和“三點(diǎn)擬合”雙重功能,均具備較高的精度�！叭c(diǎn)擬合”模式下,可利用不同應(yīng)力狀態(tài)的至少3個(gè)土-水實(shí)測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn),即可繪制出具有較高精度的整條單峰SWCC,極大地縮短了耗時(shí)費(fèi)力的SWCC獲取時(shí)間。該模型為土體強(qiáng)度、滲透性、持水性預(yù)測(cè)提供了一種簡(jiǎn)便、省時(shí)的方法參考。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TU443

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 汪時(shí)機(jī);程明書(shū);李賢;王曉琪;毛新;楊惠迪;;非飽和土雙應(yīng)力變量廣義土水特征曲線理論模型構(gòu)建[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào);2017年06期

2 程明書(shū);李賢;汪時(shí)機(jī);王曉琪;胡東旭;胡Z，

本文編號(hào)：2306440