【摘要】：黑方臺是典型的黃土臺塬,屬于季節(jié)性凍土區(qū)。季節(jié)性凍融作用對黃土的物理力學(xué)性質(zhì)有著重要影響,后者關(guān)系到黃土區(qū)斜坡的穩(wěn)定性和灌渠等農(nóng)田水利工程的安全性。研究凍融作用下黑方臺黃土的力學(xué)特性及微細觀結(jié)構(gòu)變化對黑方臺斜坡穩(wěn)定性分析,凍融期黃土滑坡的防治以及農(nóng)田水利工程的保護有著重要的理論和實際意義。本文通過室內(nèi)土工試驗、CT掃描、掃描電鏡(SEM)、圖像分析等手段,對黑方臺黃土的物理性質(zhì),未凍融、凍結(jié)及凍融循環(huán)下黃土的強度特性,凍脹特性,凍融作用下微細觀結(jié)構(gòu)變化及其與強度的關(guān)系進行了研究。獲得的主要成果如下:(1)常規(guī)土工試驗結(jié)果表明,非凍融狀態(tài)下,隨著含水率增加,非飽和黃土的內(nèi)摩擦角呈直線趨勢下降,粘聚力呈冪函數(shù)曲線趨勢下降;干密度越大,粘聚力和內(nèi)摩擦角越大;原狀黃土無側(cè)限抗壓強度隨含水率增大呈負對數(shù)函數(shù)曲線趨勢下降。(2)凍融循環(huán)和三軸剪切試驗結(jié)果表明,凍融循環(huán)作用對封閉系統(tǒng)中黃土試樣含水率的影響極小;凍融循環(huán)對高飽和度的黃土粘聚力有較明顯的弱化作用,對低飽和度的黃土粘聚力和內(nèi)摩擦角影響不大。凍融循環(huán)對粘聚力c的影響較內(nèi)摩擦角φ大。飽和度對凍融作用的效果有重要影響。(3)對凍結(jié)狀態(tài)下黃土的單軸抗壓強度研究表明,-10℃~-15℃之間凍結(jié)黃土的單軸抗壓強度比未凍結(jié)黃土的大10倍左右;干密度、初始含水率、低溫對凍結(jié)黃土有不同程度的強化作用。(4)凍脹率及凍脹力試驗結(jié)果表明,高飽和度的黃土更容易發(fā)生凍脹變形;初始含水率高于19%時,線凍脹率增速將增大。含水率越大,凍脹應(yīng)力越大,高含水率時凍脹應(yīng)力大于原狀黃土或重塑黃土的無側(cè)限抗壓強度。最大線凍脹率與彈性約束下凍脹應(yīng)力呈二次函數(shù)關(guān)系,且正相關(guān)。水分遷移和土體凍脹破壞都是凍融期黃土滑坡的影響因素。(5)基于CT的細觀孔隙特征研究表明,凍融作用下孔隙度、孔隙數(shù)、孔隙平均面積、孔隙成圓度、孔隙各向異性度、孔隙面積分維等參數(shù)總體上朝著不利于結(jié)構(gòu)強度的方向變化;凍結(jié)時孔隙參數(shù)朝著有利于結(jié)構(gòu)強度的方向變化;部分參數(shù)之間存在著較強的相關(guān)性。(6)基于SEM的微結(jié)構(gòu)定量分析表明,原狀土和重塑土的顆粒參數(shù)變化趨勢不完全相同;凍融作用下重塑土顆粒逐漸趨于均勻化、簡單化,不利于顆粒間的咬合力和阻力;凍融作用下微觀孔隙形態(tài)更加復(fù)雜�；疑P(guān)聯(lián)分析結(jié)果表明,孔隙和顆粒大小特征參數(shù)對粘聚力的影響較大;孔隙和顆粒形態(tài)特征參數(shù)對內(nèi)摩擦角影響較大。
【圖文】：

搬運力（顏斌，2010）。部分黃土經(jīng)過流水搬運沉積形成黃土狀土層年代及基本特征，可劃分為四類：新黃土、馬蘭黃土、離石黃土不同黃土的力學(xué)性質(zhì)有明顯差異。新黃土，即 Q4黃土，土質(zhì)松軟濕陷性較強；馬蘭黃土，即 Q3典型黃土，土質(zhì)疏松，壓縮性高，石黃土，即 Q2黃土，其中常有古土壤層或鈣質(zhì)結(jié)核層，較密實，地基承載力較高；午城黃土，即 Q1老黃土，質(zhì)地密實，無濕陷性強度大。研究區(qū)黃土主要為馬蘭黃土。土廣泛分布在世界各地，面積約占地球陸地總面積的 9.8%（唐大李濱，2009）。我國黃土主要分布于陜西、甘肅和山西省部分地區(qū)（圖 631000 平方千米（許領(lǐng)等，2008a），形成了世界上分布面積和厚高原。由于黃土特殊的性質(zhì)和所處的惡劣環(huán)境，黃土高原地質(zhì)災(zāi)害土滑坡是最為常見的災(zāi)害類型（Xu et al., 2011a; Derbyshire et al., 2

圖 1-2 中國季節(jié)凍土分布圖（據(jù)王靜，，2012）著國家西部大開發(fā)及“一帶一路”戰(zhàn)略的實施，包括黃土高原的西程活動將進一步增多。而西北部地區(qū)大多處于季節(jié)性凍土地區(qū)（圖凍土的工程地質(zhì)性質(zhì)將影響該地區(qū)工程質(zhì)量和安全。我國黃土分布位于季節(jié)性凍土地區(qū)，隨著氣候的變遷，氣溫的變化，黃土也會成。經(jīng)歷季節(jié)性溫度變化的黃土其力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)會發(fā)生改變，這種融作用。季節(jié)性凍融作用是黃土區(qū)斜坡變形破壞的重要因素之一（吳。方臺地處甘肅蘭州西部，黃土高原西邊緣，既是黃土分布區(qū)，又是。季節(jié)性凍融作用促使黑方臺地區(qū)春季黃土滑坡頻發(fā)，并造成了極大年 3 月 21 日，黑臺下的焦家村發(fā)生滑坡，造成死亡 2 人，重傷 2 人 30 日，黑臺塬下的鹽集村附近發(fā)生滑坡，造成一座活性炭廠和數(shù)
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU444

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6 孫p

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