不同应力路径下非饱和网纹红土特性试验研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hellen
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网纹红土在我国南方地区分布十分广泛,以往对网纹红土特性研究主要集中在形成原因和年代及古气候环境意义方面,而针对不同应力路径下的非饱和土工程特性方面研究相对较少,但应力路径对土体的应力应变特性具有重要影响,故开展不同应力路径下非饱和网纹红土特性研究具有重要意义。论文首先通过室内试验分析宣城非饱和网纹红土的基本力学特性,并应用X射线衍射仪分析黏土矿物种类和含量,定量表征了网纹红土红色基质与白色网纹中黏土成分和差异;基于GDS标准应力路径三轴试验系统开展了不同应力路径和吸力条件下的原状网纹红土非饱和强度试验,总结了应力路径对网纹红土强度和变形特性的影响规律;同时应用扫描电镜试验和能谱试验分析了试样剪切破坏前、后的微观结构特征,取得的主要结论如下:(1)宣城非饱和网纹红土是一种结构性很强的低压缩性黏土,X射线衍射试验和能谱试验表明,网纹红土红色基质和白色网纹两部分中含量最高的黏土矿物都是伊利石,其次是绿泥石和高岭石。红色基质部分伊利石和高岭石含量都高于白色网纹部分,但是绿泥石含量较白色网纹部分少。网纹红土中的主要元素为氧、硅、铝、铁和较多的钾元素。红色基质和白色网纹中都含有铁元素,但是红色基质土体中的铁元素含量略高于白色网纹,并且有明显的铁元素富集现象。(2)应力路径对土体强度和变形特征影响很大:等p路径的残余强度十分接近直接剪切强度,而峰值强度较直接剪切有所提高;增p路径下峰值强度和残余强度都有明显提高,其中残余强度提高接近10%;而减p路径的峰值强度和残余强度减小都非常明显,峰值强度降低约40%,残余强度降低约60%。等p路径和减p路径的试样体积变化都表现为先剪缩后剪胀的特点,而增p路径的试样始终表现为剪缩。并且在增p和减p路径试验中会发生轴向应变和总体积突变的现象,而这种现象在等p路径试验中几乎不会出现。(3)吸力对土体强度和变形都有很大影响:在增p和等p路径试验中,峰值强度随吸力增大而增大,残余强度随吸力增大而减小:在减p试验中峰值强度最大值对应较小的吸力。吸力200kPa和100kPa的试样的体积变化都是由剪缩到剪胀,并且吸力越大拐点出现的越早。吸力50kPa的试样在增p和等p路径条件下试样始终处在剪缩状态,而在减p路径条件下出现剪胀现象。(4)微结构试验结果表明红色基质土颗粒间多为点-点连接,而白色网纹土颗粒之间多为点。面连接。原状白色网纹土体内平均面积和周长较大的孔隙明显多于红色基质土体;剪切破坏后土体中面积大于10um2的孔隙所占比例较原状土明显减少,其中红色基质中减少5%左右,白色网纹中减少13%左右。
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