江西典型红土力学特性及水敏性试验研究

作     者：成果 

作者单位：南昌大学 

学位级别：硕士

导师姓名：魏博文

授予年度：2023年

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

主      题：红土 含水率 应力路径 干湿循环 静动强度 

摘      要：水利枢纽、灌区、水库等水利工程的各项水工建筑物需要常年经受水域枯水、丰水期交替引起的干湿循环作用,以及货物交通运输等因素引起的应力变化。针对江西省水利工程中,各类红土边坡的开裂、失稳等问题,本文开展了典型红土力学特性及水敏性相关试验研究,以江西省抚州市东乡区一段失稳、垮塌的输水干渠周边红土为研究对象,运用三轴试验仪、直剪仪等试验仪器,分别对试样在不同应力路径下、干湿循环作用下、以及不同应力状态下的力学行为规律及静动力特性进行了研究,取得主要结论如下:(1)试样在低含水率状态下,抗剪强度随着应变的增大而增大,直至应变到达5%～10%时不再增加,中等含水率状态下应力与应变成正比,高含水率状态下应变量增至1%～2%时抗剪强度就已达峰;红土的卸载强度仅在低含水率状态下相对较高,其他含水率条件对其影响不大,不同应力下的试样结果发现,轴向加载路径下含水率的增多,使红土的粘聚力和内摩擦角随即减小,侧向卸载路径下红土的抗剪强度随原始围压的增大而增大,且土体应变达到1～2%时,抗剪强度达到最大,与高含水率加载时的应力应变关系较为相似,此后即便剪应力不再增大,变形仍然快速发展,使土体迅速失稳。(2)红土试样的裂隙在干湿循环作用开始后迅速发育,直到第5～6次后开始放缓,15～20次后裂隙不再发育;粘聚力和内摩擦角在前5～6次循环中逐渐减小,循环约10～15次后试样的强度参数基本趋于稳定;随着干湿循环引起的裂隙逐渐增多,红土的土体粘聚力、内摩擦角等参数均开始减弱,直到次数增加到不再有新的裂隙发生时,土样的强度水平也即维持在相对稳定状态。(3)在小变形阶段,红土原状、重塑试样间的强度大小并无可比性,但原状—重塑红土应力差却随剪切应力的发展逐渐增大直至稳定,水对土颗粒间的胶结作用影响较大,相同应变下,低含水率的红土静、动强度均大于高含水率的,高含水率红土的结构性在固结和剪切的开始阶段便全部挥发,不再随着剪切作用而改变;同时,含水率、固结状态的发展与红土的结构强度密切相关,含水率增高和固结作用减少会引起静动强度的降低,反之亦然。