循环增减湿过程中马兰黄土内粒子迁移的结构性效应试验研究

作     者：高荣荣 

作者单位：长安大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李喜安

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 081401[工学-岩土工程] 0814[工学-土木工程] 

主      题：马兰黄土 结构性 干湿循环 粒子迁移 可溶盐 

摘      要：严格科学意义上风积而成的马兰黄土是风力搬运堆积在陆地环境而成的土状堆积物,疏松多孔易渗水,在堆积后数万年的成土化作用过程中,经历过无数次增湿减湿交替,使得其工程性质极为特殊。黄土特殊的工程性质与其增减湿历史中形成的组构及其内在微观结构密切相关。本文从马兰黄土的干湿循环试验入手,通过土工试验了解试样黄土的基本物理性质,对循环后的黄土试样通过微观样品制备并进行扫描电镜试验(SEM)和X射线荧光光谱试验(XRF)观察分析,探究干湿循环对黄土微观结构的影响及其内在机理,并对循环试样进行直接剪切试验,分析循环前后试样抗剪强度的变化规律,以期揭示黄土结构性的成因及其对黄土剪切特性的影响机理。结果表明:(1)在开放环境下经过干湿循环的黄土试样,土样中的离子含量有所降低,表明随循环次数增加黄土颗粒间胶结因胶结物流失而变弱,而随循环次数的增加黄土抗剪强度也相应地呈下降趋势,表明黄土结构强度亦呈衰减趋势。(2)在封闭环境下进行有限次的干湿循环后,土样的离子含量无明显变化,但研究发现经过多次循环后有粘粒及胶粒发生迁移吸附在骨架颗粒周围,可溶盐离子也趋于在胶结形式物内富集,而随循环次数增加黄土的抗剪强度略呈增大趋势,由此表明结构性因此而略有增强。(3)通过SEM扫描观察发现,在黄土体微观结构中基本单元可分为单矿物颗粒、粘胶团聚体、单核团聚体、多核团聚体、复合团聚体,团聚体单元中的细砂-粉粒之间通常以胶粘粒作为胶结物质而起到连结作用,其单颗粒之间连结方式主要有基底式胶结连接、接触式胶结连接,团聚体之间的连结方式有点接触连接、线接触连接、面接触连接。其中胶粘粒、可溶盐等粒子迁移的结构性效应主要体现在两个方面,一方面体现在对团聚体单元本身强度的改变,另一方面体现在对团聚体之间连接强度的改变。本文提出的循环增湿减湿过程对开放环境下黄土结构性的弱化模型,以及对封闭环境下黄土结构性的增强模型,从微观角度解释了马兰黄土结构性的成因机理,这对深刻理解黄土的力学性质及水理性质等方面均具有十分重要的理论意义。