结构性黄土的等效固结变形特性试验研究

论文摘要

非饱和土的固结变形特性及其分析理论一直是土力学的研究热点问题。非饱和土由于固、液、气三相之间的相互复杂作用,使得其固结过程中三相介质之间的传力机理和变化发展也难以认识清楚。鉴于问题的复杂性,人们业已提出了将复杂多变的非饱和土固、液、气三相及收缩膜和各相的物理化学表观作用简化为等效骨架相和等效流体相来认识其固结过程的分析方法,并通过压缩、固结试验揭示了非饱和土固结过程的等效骨架相应力和等效流体相压力的变化规律、瞬时压缩变形特性以及等效固结系数,将复杂的非饱和土固结问题简化为两相耦合作用问题,建立了一种简化的非饱和土一维等效固结分析方法。本文将这种方法进一步应用于结构性黄土的固结变形特性分析。首先对西安白鹿塬地区的Q2黄土和Q3黄土的等效固结变形特性进行分析。试验确定了不同固结应力和附加应力作用下结构性黄土的瞬时变形、瞬时压缩模量、等效流体压力系数,揭示了固结系数的变化规律、等效流体相渗透系数的变化规律,以及黄土的结构性和准先期固结压力对非饱和土固结特性的显著影响。其次,测试分析了基质吸力与固结特性和等效流体运动特性之间的关系；结合黄土的结构性与先期固结压力,通过基质吸力与固结系数的关系,提出了等效流体运动中“封气点”和“贯通点”影响固结的观点。最后,在真三轴试验条件下测试分析了结构性黄土的三维固结变形特性。不同应力路径等应力比分级加载时,剪应变在加载过程即可完成,体应变发展过程表明加载结束后才有明显的固结过程。初步证明了非饱和土剪缩变形存在固结过程。本文的研究成果对于进一步研究非饱和等效固结理论打下了理论基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1.绪论
• 1.1 非饱和土固结理论研究现状
• 1.1.1 一维固结耦合公式
• 1.1.2 二维、三维非饱和土固结分析方法
• 1.2 非饱和土等效固结分析的基本理论及研究思路
• 1.2.1 非饱和土固结简化分析方法
• 1.2.2 非饱和土等效固结分析方法
• 1.3 论文研究内容
• 2.非饱和土固结试验方案与试验仪器调试
• 2.1 论文研究方案
• 2.1.1 普通固结试验方案
• 2.1.2 非饱和土固结试验方案
• 2.1.3 真三轴固结试验方案
• 2.1.4 试验方案小结
• 2.2 非饱和土固结试验仪器简介
• 2.3 西安理工大学真三轴试验仪器调试
• 2.3.1 西安理工大学真三轴仪简介
• 2.3.2 西安理工大学真三轴仪器调试与完善
• 2.3.3 仪器尚存在的问题
• 2.4 小结
• 3.等效固结变形分析与特征系数的试验分析
• 3.1 均布荷载下黄土地基固结变形计算方法
• 3.2 均布荷载下黄土地基的等效固结分析方法
• 3.3 非饱和土等效固结研究分析方法的应用及验证
• 3.3.1 试验方案
• 3.3.2 瞬时压缩变形
• 3.3.3 瞬时压缩变形模量的变化规律
• 3.3.4 等效流体相压力系数的变化规律
• 3.3.5 固结系数的变化规律
• 3.3.6 等效流体相渗透系数的变化规律
• 3.4 结论
• 4.基质吸力测定分析与等效流体运动模型
• 4.1 非饱和土基质吸力测定与分析
• 4.1.1 等效流体消散过程与孔隙水压力消散过程
• 4.1.2 压力作用下基质吸力与时间的关系
• 4.1.3 压力作用下基质吸力与含水量的关系
• 4.1.4 不同含水量条件下基质吸力与压力等级的关系
• 4.1.5 基质吸力与等效流体体积变化量的关系
• 4.1.6 基质吸力与固结系数的关系
• 4.2 非饱和土等效流体运动模型
• 4.3 总结
• 5.三维固结变形特性分析
• 5.1 三维固结试验方案
• 5.2 三维固结变形特性试验分析
• 5.2.1 三维固结试验分析
• 5.2.2 加载阶段的剪应力与体变关系
• 5.2.3 三维固结试验特性分析
• 6.结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 不足与展望
• 致谢
• 参考文献
• 在校学习期间所发表的论文、专利、获奖及社会评价等