冻融作用下黄土强度劣化的微观结构响应机理

发布时间：2020-04-09 14:08

【摘要】：我国季节性冻土区分布广泛,占陆地面积50%以上。冻融作用是引发季节性冻土区黄土物理力学性质劣化的重要原因之一,常常诱使边坡工程发生滑塌。冻融作用下黄土力学强度的衰减是季节冻土区黄土边坡稳定性的控制性因素,而黄土力学强度衰减的微观表现为土体结构的破坏。因此有必要研究冻融循环作用下黄土宏观强度劣化的微观结构响应机理。本文选取原状黄土为研究对象,对天然状态下经历不同冻融循环次数的原状黄土进行室内试验研究,测得了不同冻融循环次数下原状黄土的孔隙分布、土颗粒微观结构特征以及抗剪强度变化规律,并分析了微观结构特征与抗剪强度的关系,得到如下结论:(1)通过扫描电镜试验结合计算机图像处理技术,定性分析经历冻融循环次数为0,1,3,5,1015,20,30次条件下黄土颗粒微观结构,发现原状黄土颗粒微观结构特征由以附着型、基底型、架空-镶嵌成孔、面-面接触、胶结接触为主转变为以附着型、角砾型、架空成孔、点-面接触、面-面接触、胶结接触为主。(2)通过核磁共振试验,分析黄土孔隙分布规律,研究了孔隙分布与冻融循环次数的关系。结果表明,T2谱呈现三峰状态,按孔隙直径可分为微、小、中、大孔隙,随着冻融循环次数增加,微、小孔隙体积含最先减小后增大,中、大孔隙体积含量先增大后减小,孔隙比的变化规律与中、大孔隙体积含量变化规律相同,中、大体积孔隙是控制孔隙比变化的主要原因。(3)基于分形维数理论,定镊分析了不同冻融循环次数下原状黄土颗粒微观结构特征参数的变化规律,并阐述了冻融循环作用对黄土颗粒微观结构特征参数的影响机理。结果表明,随着冻融循环次数的增加,颗粒形态的圆滑度先减小后增大,空间结构的复杂程度增大,颗粒排列定向性增大,颗粒尺寸分布均一性先增大后减小。(4)通过三轴不固结不排水试验,研究了经历不同冻融循环次数后原状黄土的抗剪强度变化规律。结果表明,随着冻融循环次数的增加,粘聚力先减小后增大且内摩擦角先增大后减小。(5)基于灰色关联法原理,通过关联模型分析评价了平均形状系数、面积-周长法分形维数、概率熵、面积概率分布指数、颗粒分布分形维数与抗剪强度指标的相关性,发现在不同冻融循环次数作用下,面积-周长法分形维数对粘聚力、内摩擦角变化值的影响权重最大,颗粒形态对抗剪强度起到主要贡献作用。
【图文】：

技术路线图

2.1.3 土微观结构分类在分析土体微观结构特征前，先需要对土体微观结构分类有充分认识。土结基本要素就是基本单元体，在黄土中常见为集粒，集粒是由许多单元矿物颗粒被（碳酸盐、黏土等）胶结而成的集结体，，又称之为团聚体、集合体等。集粒是黄的组成部分。按集粒结构特征，王永焱等将黄土集粒归纳为 6 种：角砾型、附着底型、网格型、镶嵌型和复合型。各结构特征示意如图 2.1 所示。a 镶嵌型 b 网格型 c 角砾型
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU444

【参考文献】

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1 张宁宁;骆亚生;;非饱和黄土的结构性与强度特性的关系[J];中南大学学报(自然科学版);2015年05期

2 张泽;马巍;齐吉琳;;冻融循环作用下土体结构演化规律及其工程性质改变机理[J];吉林大学学报(地球科学版);2013年06期

3 邓国华;邵生俊;佘芳涛;;结构性黄土的修正剑桥模型[J];岩土工程学报;2012年05期

4 卢全中;彭建兵;王水林;周彬;王媛;;裂隙性黄土的双参数二元介质模型[J];岩土工程学报;2012年05期

5 方丽莉;齐吉琳;马巍;;冻融作用对土结构性的影响及其导致的强度变化[J];冰川冻土;2012年02期

6 王永忠;艾传井;刘雄军;;冻融作用对南方粉质黏土物理力学性质的影响[J];地质科技情报;2010年05期

7 王铁行;罗少锋;刘小军;;考虑含水率影响的非饱和原状黄土冻融强度试验研究[J];岩土力学;2010年08期

8 宋春霞;齐吉琳;刘奉银;;冻融作用对兰州黄土力学性质的影响[J];岩土力学;2008年04期

9 姚晓亮;齐吉琳;宋春霞;;冻融作用对青藏粘土工程性质的影响[J];冰川冻土;2008年01期

10 邵生俊;罗爱忠;于清高;周飞飞;;加荷增湿作用下Q_3粘黄土的结构损伤特性[J];岩土工程学报;2006年12期

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1 骆亚生;非饱和黄土在动、静复杂应力条件下的结构变化特性及结构性本构关系研究[D];西安理工大学;2005年

2 胡再强;黄土结构性模型及黄土渠道的浸水变形试验与数值分析[D];西安理工大学;2000年

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本文编号：2620853