辽西地区风积土结构特性与冻融过程土体结构性演变规律试验研究

论文摘要

通过一系列室内常规土工试验,包括密度、含水率、比重、颗粒分析以及固结和剪切等试验,得到风积土各种基本物理、力学指标,为后面的试验及理论分析创造条件。研究原状风积土颗粒的排列和联结特征以及重塑土和饱和土的宏观力学性质,结合电子显微镜观察,将辽西地区风积土与其他地区土体进行对比分析,揭示了风积土独有的结构性:由计算得到的压缩系数说明原状土的压缩性最小,饱和土压缩性最大。这主要因为原状土未受到扰动,土颗粒的排列和联结并未受到破坏,而重塑土和饱和土的原始结构已经受到破坏,所以其压缩性比原状土要大,这是风积土具有明显结构性的宏观反映。e-lgt曲线的线型有较大区别:随着压力的增大,主、次固结的划分由不明显变为明显,之后又变为不明显,这与饱和软粘土明显不同。以综合结构势作为结构性参数,将阜新地区风积土与兰州和潍坊地区土体进行了对比分析,发现有显著差异。此外,通过电子显微镜观察得到的图片与其他地区土体细观结构图片进行对比,反映出其结构致密、强度较高的特性。利用改进的冻融试验装置对辽西地区典型风积土样进行了冻融试验。试验结果表明:随着温度梯度的增大,最大冻胀量和融沉值有不同程度的减小;无论在封闭系统还是在开敞系统中,外力的存在都对冻胀起到抑制作用,融沉值也会随着荷载的增大而减小;外界水分的补给会使最终冻胀量和融沉值都显著增加。试样冻融后,孔隙特征发生了明显的变化,孔隙特征的变化必然导致土骨架特征发生相应的变化,使传力骨架的结构体系发生位移,造成结构性的变化。试样冻融后,抗剪强度的粘聚力部分有所降低,抗剪强度的摩擦力部分有所增大,即内摩擦角有所增大。这与孔隙变化所引起土颗粒间接触点增大和排列不规则性增大的结果是一致的。以冰率作为结构性参数,通过研究其在冻融过程中随水分场和应力场的变化来揭示风积土冻融过程结构性演变规律。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 土的结构性研究现状
• 1.2.1 变形机理方面的研究
• 1.2.2 土的结构性参数与数学模型
• 1.2.3 土结构性研究的基本途径
• 1.3 土体冻胀融沉特性研究
• 1.3.1 土体冻胀研究现状
• 1.3.2 融沉机理及融沉计算模型
• 1.4 渗流对路基填土性质影响的研究
• 1.5 本文主要研究内容
• 2 辽西地区风积土的基本物理力学性质
• 2.1 风积土的基本物理性质试验
• 2.1.1 土样的制取
• 2.1.2 密度试验
• 2.1.3 含水率试验
• 2.1.4 比重试验
• 2.1.5 风积土颗粒分析
• 2.1.6 土的基本物理性质对土体冻胀的影响
• 2.2 风积土的基本力学性质试验
• 2.2.1 原状风积土固结试验
• 2.2.2 原状风积土抗剪强度试验
• 本章小结
• 3 风积土结构特性试验研究
• 3.1 试验所用土的基本物理特性
• 3.2 试验仪器设备、试样制备与具体操作过程
• 3.2.1 试验仪器设备
• 3.2.2 试样制备
• 3.2.3 具体操作过程
• 3.3 试验结果与分析
• 3.3.1 孔隙比变化规律
• 3.3.2 主、次固结变形特性分析
• 3.3.3 固结系数变化规律
• 3.3.4 阜新地区风积土与其他地区结构性土体对比分析
• 本章小结
• 4 风积土冻融特性
• 4.1 试验设备与装置
• 4.1.1 温度控制系统
• 4.1.2 加载系统
• 4.1.3 水分补给系统
• 4.1.4 数据采集系统
• 4.2 试样的制备
• 4.2.1 备样步骤
• 4.2.2 制样步骤
• 4.3 风积土的冻融分析
• 4.3.1 土体的冻胀分析
• 4.3.2 土体的融沉分析
• 4.3.3 风积土冻融影响因素试验研究与对比分析
• 本章小结
• 5 风积土冻融过程结构性演变规律试验研究
• 5.1 土体冻融过程渗流场、温度场与应力场耦合作用机理分析.
• 5.1.1 冻土渗流场对温度场的影响机理分析
• 5.1.2 冻土温度场对渗流场的影响机理分析
• 5.1.3 冻土体渗流场与应力场耦合作用机理分析
• 5.2 多场耦合作用下风积土冻融前后结构变化对比分析
• 5.2.1 宏观力学性质变化
• 5.2.2 微观结构变化
• 5.2.3 宏观力学性质变化与微观结构改变的联系
• 5.3 结构性参数表征风积土冻融过程结构性演变规律
• 5.3.1 正冰率与水分场和应力场关系分析
• 5.3.2 逆冰率以及积冰率与水分场和应力场关系分析
• 本章小结
• 6 结论与建议
• 6.1 主要结论
• 6.2 建议
• 硕士研究生期间撰写的学术论文
• 致谢
• 参考文献