庆阳非饱和黄土湿陷性及其强度变形试验研究

硕士学位论文

摘要......................................................................................................................... I Abstract.................................................................................................................... I I 第1章绪论 .. (1)

1.1课题研究背景 (1)

1.2课题研究意义 (2)

1.3黄土的湿陷性研究 (3)

1.3.1黄土湿陷机理研究 (3)

1.3.2黄土的增湿变形研究 (5)

1.4非饱和黄土的静力学特性研究 (6)

1.4.1非饱和土力学 (6)

1.4.2非饱和黄土力学 (7)

1.5本文研究方法和内容 (11)

第2章庆阳黄土的形成环境及其基本性质研究 (13)

2.1庆阳黄土的形成环境 (13)

2.1.1地理位置 (13)

2.1.2地形地貌特征 (13)

2.2庆阳黄土的基本性质 (16)

2.2.1颗粒组成 (16)

2.2.2孔隙比和干密度 (16)

2.2.3黄土微结构特征 (17)

2.2.4胶结物和骨架颗粒矿物成分 (18)

2.3本章小结 (19)

第3章庆阳黄土增湿变形试验研究 (21)

3.1试验土样及试样制备 (21)

3.2试验方案 (23)

3.3增（减）湿试验结果及分析 (23)

3.3.1湿陷系数与压力的关系 (23)

3.3.2湿陷系数与初始含水量的关系 (25)

3.3.3黄土增（减）湿与初始结构强度的关系 (26)

3.4黄土湿陷过程中的微结构变化 (28)

3.5本章小结 (29)

庆阳非饱和黄土湿陷性及其强度变形试验研究

第4章基于三轴试验的庆阳非饱和黄土强度变形研究 (30)

4.1试验装置及试样制备 (30)

4.1.1试验装置 (30)

4.1.2试样制备 (32)

4.2试验方案及注意事项 (32)

4.2.1试验方案 (32)

4.2.2试验注意事项 (33)

4.3非饱和原状黄土三轴试验结果及分析 (33)

4.3.1应力应变曲线变化规律及分析 (33)

4.3.2体应变与轴向应变曲线变化规律及分析 (35)

4.4非饱和重塑黄土三轴试验结果及分析 (37)

4.4.1应力应变曲线变化规律及分析 (37)

4.4.2体应变与轴向应变曲线变化规律及分析 (41)

4.5非饱和黄土强度特性分析 (45)

4.5.1非饱和原状黄土强度分析 (47)

4.5.2非饱和重塑黄土强度分析 (49)

4.6本章小结 (54)

第5章非饱和黄土的非线性模型及参数确定 (56)

5.1邓肯-张模型简介 (56)

5.2参数求解 (57)

5.2.1切线变形模量E t (57)

5.2.2切线体积模量B (62)

5.3本章小结 (63)

结论和展望 (64)

结论 (64)

展望 (65)

参考文献 (67)

致谢 (73)

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录 (74)

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摘要

黄土是我国西北地区主要的建筑和工程场地，由于其工程性质的特殊性，一直都是岩土工程领域研究者的主要研究对象。庆阳市位于陇东黄土高原董志塬腹地，黄土层厚度大，发育好，地下水位深，黄土基本处于非饱和状态，而且本地区黄土分布连续，地层全，具有重要的研究价值。过去对黄土的研究主要集中在兰州、西安等地，而针对庆阳地区黄土的研究涉及较少。

基于以上原因，本文依托甘肃省建设科技攻关项目“超大厚度特征黄土结构体与基础优化研究”（项目编号：JK2014-34），在对庆阳黄土的形成环境及基本性质调查研究的基础上，对庆阳Q3黄土增湿湿陷特性、强度变形特性进行了试验研究和理论分析，以期为后续庆阳地区基础优化研究提供试验依据和理论基础。重点研究了庆阳非饱和黄土的强度变形特性，对原状黄土和三种干密度（ρd=1.5 g/cm3、ρd=1.6 g/cm3、ρd=1.7 g/cm3）的重塑黄土利用非饱和土三轴仪进行控制吸力和净围压为常数的固结排水剪切试验，分析了原状黄土和重塑黄土的变形规律。以往对非饱和重塑黄土的研究，大多数研究者只是单一考虑了基质吸力对黄土抗剪强度的影响，而同时考虑干密度和基质吸力对重塑黄土强度特性影响的研究尚不多见。因此本文研究不同干密度重塑黄土控制吸力作用下的变形规律以及分析干密度和基质吸力对重塑黄土变形强度的影响。通过对其影响规律进行分析，基质吸力和干密度对非饱和重塑黄土强度的影响主要反映在黏聚力上，而对内摩擦

随干密度增大呈线性增加，由此提出了考虑干密度角基本无影响，吸力摩擦角

和基质吸力的庆阳非饱和重塑Q3黄土的抗剪强度公式，可以供实际工程参考。最后以邓肯-张模型为基础，结合原状非饱和黄土三轴试验数据，分析了原状黄土的非线性本构模型及其计算参数。

关键词：非饱和黄土；增湿湿陷；干密度；基质吸力；强度变形；非线性模型参数