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西南交通大学本科毕业论文外文翻译年级： 2009级姓名：柳佳武学号： 20090605专业：地质工程指导老师：郭永春副教授二零一三年六月一种关于重击实膨胀土体积变形特征的新型模型Y.J. Cui *, M. Yahia-Aissa, P. Delage摘要: 一种在大纵深范围隔绝处置核废料的工程粘土壁垒使用的是重击实膨胀土。

在法国FoCa7型粘土上进行的水合实验显示关于膨胀土的现有弹塑性模型的一些限制，这将用于开发松散膨胀土。

在致密压实膨胀黏土上进行的润湿干燥和加载卸载测试显示一个可逆的体积变化,相关的行为没有孔径的收缩性。

根据实验结果，一个弹性的非线性模型将会开发。

临界溶胀曲线（CSC）的概念被引入，并构成该模型的基础。

这个CSC曲线和模型开发是液压和力学作用之间存在联系的原因说明，并提供令人满意的重击实膨胀土体积变化行为的预测。

关键词:吸力控制物理化学效应体积变化的可逆性关键的溶胀曲线本构关系说明: 在膨胀土中强烈吸附在粘土矿物上的不可忽略量的水和粘土水之间相互作用有关的理化效应，大多是重要的。

土壤行为的标准力学模型是这些效果有关的额外复杂性必须完成的原因。

在这方面， Olson和Mesri （1970）开发的两个概念模型，力学和物理化学各一个，允许适当的参数来定义，以考虑到在膨胀土的体积行为的描述。

力学模型存在三个变量。

粒子形状的定义为直径比厚度，较硬的材料，较小的比值d。

高岭石，伊利石有一个小 D / E比率，蒙脱石有一个大的 D / E比值，对应于一个挠性的性状。

颗粒的几何形状由颗粒之间的接触角α定义。

当α越大时力学作用越明显。

表面摩擦由摩擦系数μ定义，μ越大力学效应越重要。

理化模型中使用了三个变量，粒子的形状：理化效应受宽，平（大 d /电子）和光滑的颗粒的影响是很重要的。

颗粒的几何排列：当α是小的接触角，即，该颗粒具有几乎是平行排列，物理化学相互作用是更重要的。

考虑的其它化学变量的表面电荷密度，吸附的阳离子的价数，介电常数，电解质容率，电解液的浓度等。

在这两种模型中，土壤中的性状（由参数来定义，α，D / E， l和化学变量）主要是受密度：在较低的密度时，接触角a是大的，力学效应以物理化学的影响为准。

体积变化行为是由本地的力学库伦准则决定的。

当一个松散的粘土提供机械压缩并变浓，α变得越来越小，物理化学的影响变得越来越重要。

宏观上，这种转变导致的压缩性降低，因为理化效应是一般性质的斥力。

图1:样品在水化条件相同情况下做垂直压力试验图一给出了在力学和物理化学效应联合作用下的例子，一种被称为FoCa7的法国膨胀土在作为工程壁垒的情况。

四个样品的粉末，水合相对湿度HR = 60％的水含量为10％，在固结单元上静态压缩的垂直应力分别为10.2 ，12.24 ，18.36和22.24 MPa。

随后，样品的水化条件在相同的恒定垂直应力条件下测试。

该图给出随时间四个样品的空隙率的变化。

图的观察表明，在宽松的样品（ε= 0.58），其中当a是较大的，力学效在在水合的开头占据优势，高达50小时：连接在一起的粘土内部单元的凝聚力分解，分离可以观察到。

一旦样品倒塌，粒子的安排是更多平行，理化行动成为更重要的，随后膨胀发生。

相同的压力为12.24兆帕（E = 0.52）相对应的样品，显然是一种过渡状态，而两个样本压缩为18.36和22.24兆帕（ E 分别为0.47和0.42 ），只表现出肿胀。

在这些密集的状态（e< 0.53 的FoCa7 ）的力学现象变得可以忽略不计，物理化学的影响是主要的。

这是一个高密度的情况下被认为是核存储箱子的FoCa7粘土，在60MPa的各向同性压实，产生1.85 M g/m3（ε= 0.4）的干密度。

试验研究:根据扩散双电层理论（古埃，1910 ;查普曼，1913 ），粘土粒子表面的水分子的吸附 - 解吸的现象是可逆的。

从力学的角度来看，这个属性应该属于宏观弹性体积行为。

在接下来的内容，这方面的研究是FoCa7粘土反映的在吸力和压力的变化。

非饱和土力学中的应力定义的变量将被用于这方面。

对于轴对称的条件下，他们的平均净应力p ，偏应力q和吸力S，定义如下：错误！未找到引用源。

-u aq=δ1-δ 3s=u a-u wσ1和σ3分别为主要和次要的主要压力， u a是空气的压力和u w是水的压力。

重要的是要提到的吸力，表现出不同于空气压力和水压力之间的差异，被定义为定义毛细管吸力作为图1的结果，活性粘土用作工程屏障，毛细吸入经常被忽视，相比与物理化学吸入的吸入，因此此处使用的定义有一个扩展的含义：它控制粘土颗粒之间吸附的水能量。

活性粘土被浸湿时，吸力下降，导致在水压力增加 (饱和游离水有一个最大的能量).这种增加在水中的能量，对应的粒子间的水的压力也增加，称为常用斥力。

如果外部施加的应力是低于此压力时，两者之间的差异会消散，导致在多个粘土结构的分离，或宏观的肿胀，与此相反，斥力保持，并没有颗粒的分离或宏观肿胀发生。

吸力效应对体积变化的影响要加上外部压力的影响。

图2显示了对两个相同FoCa7样品在初始干密度为1.85 mg/m3（ω= 13％）各向同性压实，所获得的结果，并提交零应力下周期的抽吸，如所指示的点的数目，图绘于测井曲线与重力含水量图。

将样品置于干燥器，用饱和盐溶液控制抽滤，第一次测试有十二个点，第二次有十个，从而导致测试长达数月。

检验数据证明水含量吸入循环的线性和可逆的反应。

两个样品在抽吸循环期间的空隙率变化绘制在一起，如图3所示，这也显示出可逆性。

这些水含量的变化和体积的变化被解释为占主体地位的物理化学效应的宏观后果。

图4示出了两个相同样品在润湿干燥固结仪上进行各向同性压实的测试，由38和0.35兆帕之间的压力循环抽吸，在两个恒定应力下，分别等于10和20 MPa。

在一个线性图展示的空隙率变化作为吸入的函数。

沿样品的基础上，在控制相对湿度的控制样品中的空气进行循环的吸入。

饱和盐水溶液用于控制吸力超过6.1兆帕，而使用饱和水蒸气控制零吸入。

在测试中，没有观察到显着的滞后，确认以前观察到的零应力下的可逆性。

该曲线的特征还在于有一个拐点，在6.1和12.6兆帕之间的更大范围内的体积变化，并在较低的吸力下有相当轻微的体积变化。

在非常密集的膨胀土样品中的可逆性观察没有观察到类似的测试疏松的膨胀土的现象（阿隆索1995），其中的物理化学的影响可能不太重要。

它构成了一些现有的致密的膨胀土的弹塑性本构模型的主要限制。

研究通过调查FoCa7粘土在固结应力的变化完成了响应于抽吸循环的响应，示于图5 ，通过考虑K0等于0.5的值，计算的平均应力。

图2 样品的各向同性压实下重力含水图图3在干湿循环过程中，各向同性压图5体侧限压缩各向异性压实饱和实的样品（零压力）的孔隙率的演变。

样品的压缩曲线。

图4各向同性压实样品在干湿循环过程中孔隙图6在控制吸力的装卸过程中各向同率的变化（垂直应力分别为10 和20兆帕）性压实样品的孔隙率的演变该试验FoCa7粘土的样本上进行，压实饱和静态各向异性的干密度为1.84 M g/m3的样本。

饱和度在自由膨胀条件下进行，从而导致的空隙比是0.88 。

样品在固结环完成膨胀后进行修整。

虽然同以前的抽吸循环的情况下膨胀似乎不太明显比，但响应于应力循环（0-20-0.3-20兆帕），也可以视为得到令人满意的可逆现象。

图6示出了四个各向同性，分别运行在恒定吸力等于12.6 ，38，82和113兆帕的压缩试验的结果。

用饱和盐水溶液，控制吸力。

在各向同性的压力控制器（GDS）连接到高压组成进行测试。

对试样温度取得一个好的控制是通过将它们放置在一个温度控制池里（ ±0.1℃）。

在60兆帕条件下通过密实各向同性的水合粉末制备FoCa7样品（HR = 60％，ω= 12.5％），初始应力113兆帕。

3个样品进行随后在自由膨胀条件下在82，38和12.6兆帕条件下，使用盐溶液在干燥器中水合。

关于自由膨胀的空隙率的变化也示于图6中，为了图形上的方便下加了0.15兆帕的虚构”压力。

按步骤完成压缩。

在每一个阶段等待均衡的体积变化。

，对样品加压113，82和38兆帕的循环应力路径。

从图6中可以观测到各种数据。

由于使用标准的非饱和土，当加更高压力时样品出现更多的刚性高吸，因为压缩曲线的斜率随着压力的增加而降低。

在较高的压力（s分别= 113和82兆帕），观察到一个响应于应力循环合理的可逆的现象，同以前的实验数据相符合。

然而，对于较低的压力（s= 38和12.6兆帕），证明有一个不可逆的反应，而且，不可逆性似乎随着压力的降低而增加。

这些结果清楚地表明，压力下降，可能会导致大孔数量的增加，导致在装卸周期中有更多的滞后。

图7 在有荷膨胀和自由膨胀之后加相同的82Mpa压力之后两者之间的比较在力学的角度来看，这依赖于吸入滞后体积变化的行为依赖于吸入应力路径。

图7和8空隙率值的比较，得到了两种不同的方案：（1）零压力下通过加载，卸载和重装荷载在恒定犀利条件下吸力下降; （2）在初始吸力（113兆帕）条件下加载不同的应力然后吸力逐步下降。

通过清除的观察在一个较高的吸力（82兆帕），这两个方案提供一致的结果，然而，在低的吸入（38兆帕）的条件下方案（2）给出了较小的空隙率。

此观察与布拉克利（1975）和胡斯托等人所得到的结果一致（Alonso等人，1987）。

在这项工作中的研究样品被制成压缩各向同性和各向异性。

原始材料为FoCa7粘土的的各向同性工程屏障（Atabek等人，1991）在60兆帕被压缩。

现实的原因，也在实验室压缩了各向异性样品，各向异性压实也更容易在现场执行，它采用的是半或实时模型试验。

因此，进行各向异性和各向同性压实粘土的压缩行为之间的比较，以进一步探讨各向异性的可能影响。

图9和图6比较了各向同性的压实的样品的各向同性压缩曲线图。

类似各向同性压缩试验，在样品上各向异性压实到垂直应力为60MPa ，在一个恒定的吸力为82兆帕。

在各向异性样品上观察到更多的压缩应变，具有较大斜率的压缩曲线。

然而，一旦压缩在60兆帕时下降到一个低的空隙率（ε= 0.225），各向异性样品也表现出的应力循环的可逆现象，具有相当接近各向同性样品的斜率（分别为0.0183和0.0190 ）。

图8在吸力为38Mpa条件下负载下的溶胀和自由溶胀后加荷载之间的比较。

此特征的一个可能的解释是，更高的可压缩性的各向异性样品的颗粒从它们最初的各向异性的排布进行的重组的有关，原因是所施加的增加的各向同性的应力。

在高密度的颗粒排列可能接近各向同性样品，导致响应于应力周期的类似反应。

在下文中，基于实验结果，一个基本模型将会开发。

为了简单起见，磁滞现象或吸入应力依赖于路径的行为将不考虑，也不考虑压实或进一步的流体力学引起的的各向异性行为。