黄土水力学特性的细观结构研究( A micro-structural study on hydro-mechanical behavior of loess )

H Sadeghi

半干旱-干旱地区的黄土土层是由风沙堆积而成，形成一种特殊的亚稳开放结构，通常是非饱和结构。由于天然黄土分布广泛，近年来被认为是建造填土结构的一种有前途的资源。然而，由于原状黄土和复压黄土的微观结构不同，对水力和机械荷载的响应也不同。到目前为止，从不同角度对黄土的水动力特性的研究还没有与黄土的微观结构特征联系起来。因此，目前的研究目的是深入了解非饱和黄土在相对干燥状态下的行为，而相对干燥状态是主要的原位条件，从科学和实践的角度都很少受到关注。更重要的是，微观结构对黄土的持水曲线(WRC)、体积特性、剪胀性、抗剪强度和动力特性的意义被揭示和突出。为了实现这些目标，进行了一系列全面的实验室元素测试和微观结构研究。根据气相平衡原理，研制了一种适用于高吸力范围的新型剪切箱室。此外，还采用了改进的压力板、环境室、谐振柱装置和测压室。互补的显微结构研究包括扫描电镜(SEM)和压汞孔隙度(MIP)测试。WRC试验结果表明，在0-140 MPa的吸力范围内，磁滞现象明显。然而，由于墨水瓶效应引起的大孔隙收缩，原封不动的黄土在空气进入值附近的吸力作用更为明显，这一点得到了微观结构观察的支持。提出了一个概念模型，将WRC与相应的孔径密度(PSD)函数联系起来，从而捕捉WRC的关键特征。与再压实的黄土相比，完整的黄土收缩小(50%)，在更高的吸力下屈服。原状黄土和复压黄土在保水性和体积特性方面的差异归因于不同的应力和吸力历史，这反过来又导致了两种不同的微观结构。再压缩指数κ，随着吸力从零增加到230 MPa，降低了一个数量级，表明由于集料的增强，材料的刚度增强。即使在较高的吸力范围内(8～230MPa)，峰值抗剪强度也随吸力的增加而不断增加，但其下降速度较小，这是现有的单一有效应力概念或两个独立的应力状态变量方法所不能预测的。这是由于观察到剪胀随吸力线性增加，这可能是随着吸力增加淤泥粘土颗粒逐渐聚集造成的。在相同条件下，再压实黄土比完整黄土具有更大的剪胀性。这是因为后者的空隙分布不均匀多于前者。首次引入大孔隙比作为一个新的状态参数来代替孔隙比，更合理地描述黄土等非饱和细粒土的剪切特性。对于不同微观结构的试样，在初始状态（接近饱和）时，弹性剪切应变阈值的差异可以忽略不计。然而，当吸力增加到40 MPa时，阈值应变降低了一个数量级，阻尼比和剪切模量的退化都达到了更高的速率。扫描电镜照片显示，这是由于吸力引起的淤泥粘土聚集。结果表明，高吸力对非饱和黄土剪切模量退化和阻尼的影响与塑性指数(PI)对饱和土动力特性的影响一样重要。换句话说，干燥的细粒土壤，如黄土在高s

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