论文题目: 重塑非饱和粘性土的强度习性研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 岩土工程
作者: 熊承仁
导师: 刘宝琛,张家生
关键词: 重塑非饱和粘性土,三轴压缩试验,抗剪强度参数,水分状态,密度状态,特征含水量,基质吸力,孔隙充水结构
文献来源: 中南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 目前非饱和土力学的理论框架、实验技术的选择还处于基础研究阶段,离成熟的实际应用还有很长一段距离。本文旨在通过不同含水量、不同干密度的重塑粘性土的三轴实验、吸力的测试计算以及土样细微观结构的观察分析,来认识不同水分状态和密度状态的重塑非饱和粘性土的强度习性,探讨基质吸力随土的水分状态和密度状态变化的规律,以及土的微细观结构对基质吸力和强度的影响。为非饱和土力学的研究积累资料、提供观点。 试验用土为粘性土。采用分层击实的方法重塑制备三轴试验土样。设计按6个含水量系列4个干密度等级,打制出24组不同水分状态和密度状态的三轴试验土样。实际成型23组共计138个圆柱状样,其中115个试样用于三轴实验,另23个试样作为平行试样以备进行显微结构观察。 先后按5级围压（100kPa,200kPa,300kPa,450kPa,600kPa）完成了该23组UU三轴压缩试验,试验前测试了土样的温湿度,计算了相应的基质吸力。试验结束后,选取12个代表性试样进行扫描电镜观察,拍摄了4种比例尺的SEM照片。 重塑非饱和粘性土的破坏形式归结为两种,即剪切破坏和侧向膨胀破坏。破坏机制主要有水因素主导的软化机制和结构因素主导的解构机制。破坏形态的选择性因素是围压,破坏机制的选择性因素是水分状态。 实验表明,尽管在高、低围压条件下重塑非饱和粘性土的变形形态有所不同,但其破坏摩尔圆大体上可以用一条近似直线的包络线联系起来。在这里库仑强度理论仍然适用。 非饱和土的抗剪强度可表达为物理状态变量的函数,强度曲面在水分密度状态空间具有明显的规律,但不易用简单函数表达,c=c（w,ρd）为一倾伏的不规则背斜面,φ=φ（w,ρd）为一变形的W型折曲面;就单因素的影响而言,抗剪强度存在随水分状态变化的复杂性。极限强度和变形模量的变化规律也表现了随水分状态变化的复杂性。 重塑非饱和粘性土的基质吸力在水分密度状态空间的分布具有明显的规律,基质吸力曲面s=s（w,ρd）为一变形的W型折曲面,曲面形态变化主要受水分状态变量控制。 对照粘聚力、内摩擦角、极限强度、变形模量,特别是基质吸力随含水量的非线性变化规律,沿含水量变化轴可确定该重塑粘性土的三个特征含水量:w1=16.34%,w2=18.16%,w3=20.13%。
论文目录:
第1章 绪论
1．1 非饱和土的基本概念
1．1．1 非饱和域
1．1．2 非饱和土的基本类型
1．1．3 非饱和土的基本性质
1．2 非饱和土强度研究的目的与意义
1．3 非饱和土强度研究的现状
1．4 本课题研究思路及其主要工作
第2章 重塑非饱和粘性土强度影响因素的试验研究
2．1 试验土选择
2．2 试验方法与试样制备
2．2．1 KTG三轴压缩仪及三轴试验参数设置
2．2．2 三轴试验试样制备
2．3 试验结果
2．4 UU抗剪强度参数与物理状态变量的关系
2．4．1 水分状态对强度的影响
2．4．2 密度状态对强度的影响
2．4．3 物理状态空间中强度参数的变化特性
2．5 UU抗剪强度参数与饱和度的关系
2．5．1 粘聚力与饱和度的关系
2．5．2 内摩擦角与饱和度的关系
2．6 讨论
2．7 小结
第3章 重塑非饱和粘性土的基质吸力与水分及密度状态的关系
3．1 引言
3．2 基质吸力计算公式的推导
3．2．1 物理化学中的两个基本公式
3．2．2 基质吸力的计算公式
3．3 温湿度测量与基质吸力的计算
3．4 结果分析
3．4．1 基质吸力与密度状态的关系
3．4．2 基质吸力与水分状态的关系
3．4．3 水分密度状态空间中基质吸力的变化特性
3．5 讨论
3．5．1 关于饱和度对基质吸力的影响
3．5．2 关于本次试验中的两个“反常”现象
3．6 小结
第4章 非饱和粘性土中水的物理化学状态及土水相互作用
4．1 土中水的形态、能态
4．1．1 土中水的形态
4．1．2 土中水的能态
4．2 土水相互作用(土水效应)
4．2．1 水气界面效应
4．2．2 水土(粒)界面效应
4．3 非饱和粘性土强度的水效应
4．3．1 水分状态对粘着性的影响
4．3．2 土中水对非饱和土变形和强度的影响
4．4 小结
第5章 非饱和粘性土的结构及其对强度的影响
5．1 非饱和土结构的基本概念
5．1．1 土结构的含义、结构单元与结构尺度
5．1．2 土结构的类别
5．2 非饱和粘性土结构要素分析
5．2．1 土粒大小及分布
5．2．2 土颗粒之间联结方式
5．2．3 孔隙大小及分布
5．3 非饱和粘性土骨架结构的力学效应
5．3．1 层叠结构与剪切滑移
5．3．2 架状结构与坍塌效应
5．3．3 致密块状结构与摩擦效应
5．4 非饱和土孔隙结构的物理力学意义
5．4．1 土孔隙结构的形态模型
5．4．2 关于孔隙充水结构的深度探讨
5．4．3 孔隙结构对破坏形态及强度的影响
5．5 非饱和土结构形态与密度状态、水分状态的关系
5．5．1 结构形态是土的密度状态和水分状态的函数
5．5．2 土结构的形成与土中水的关系
5．6 对SEM照片进行图象处理以获取土的孔隙结构参数
5．6．1．图象处理
5．6．2．孔隙结构参数的计算
5．6．3 SEM照片图象处理测算的孔隙参数与三相图计算的孔隙参数的对比
5．7 小结
第6章 重塑非饱和粘性土的强度准则的探讨
6．1 极限强度、变形模量与围压、密度状态及水分状态之间的关系
6．1．1 极限强度与围压、密度状态及水分状态之间的关系
6．1．2 变形模量与围压、密度状态及水分状态之间的关系
6．2 不同含水状态下强度制约模式
6．2．1 高水分状态下水对强度的主导作用
6．2．2 低水分状态下结构对强度的控制作用
6．2．3 中等水分状态下水与结构耦合作用对强度的影响
6．3 重塑非饱和粘性土的强度准则的探讨
6．3．1 非饱和土的破坏形式与破坏机制
6．3．2 非饱和土的强度准则
6．4 小结
第7章 结论
参考文献
感谢
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作者在读期间参与的科研工作
发布时间: 2006-03-28
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