黄土结构性特征及其对土体抗剪强度的影响

黄土结构性特征及其对土体抗剪强度的影响黄土是一种特殊的碎散颗粒材料,其结构性与物理力学性质之间具有相当密切的联系,在黄土研究由宏、微观研究到多尺度综合研究的发展过程中,结构在黄土强度特性研究中的作用程度受到愈来愈多的重视和深入探讨。从结构着手,尤其是微观结构变化揭示黄土宏观变形本质和机理是目前研究黄土变形破坏的大方向。

因此,开展结构性研究并探讨其与土体抗剪强度之间的关系具有重要的科学意义,亦可为工程实践提供一定的理论指导。本文以延安Q3黄土为研究对象,分析了不同含水率下黄土的变形特性和微观结构特征,探讨了结构性与土体变形破坏特性的关系。

主要研究成果如下:(1)利用扫描电镜和压汞试验分析了原状黄土和重塑黄土的颗粒形态、接触关系和孔隙分布规律,基于前人研究成果和压汞试验结果将黄土孔隙划分为四种类型:大孔隙(d≥16μm),中孔隙(4μm-16μm),小孔隙(0.04μm-4μm)和微孔隙(d≤0.04μm)。(2)针对研究区原状黄土和重塑黄土开展了不同含水率下的三轴剪切试验,对试验结果进行了分析,结果表明,抗剪强度随含水率呈二次非线性减小,两者之间的函数关系为:(σ1-σ3)f=Aω2-Bω+C。

黄土内摩擦角与含水率之间呈现出良好的线性关系:φ=kω+b,粘聚力与含水率之间呈幂函数关系:c=AωB。(3)原状黄土与重塑黄土表现出不同的屈服特性,结构屈服应力随含水率增大而减小,围压可强化土体的结构屈服应力。

相同条件下,原状与重塑黄土的结构屈服应力具有明显差值,结构屈服应力差与含水率呈非线性关系:△(σ1-σ3)=-Aω2-Bω+C。(4)黄土剪切破坏过程中微观结构特征发生明显变化,土体结构趋于致密,颗粒棱角消失多呈浑圆状,支架

接触和胶结接触逐渐变为镶嵌接触,土体中的孔隙出现“此消彼长”的现象。