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四川大学学报（工程科学版） 2016年第1期48卷 70-77页

作者：黄震傅鹤林韦秉旭张加兵中南大学土木工程学院湖南长沙410075 长沙理工大学交通运输工程学院湖南长沙410004

为研究膨胀土的真实强度特征,采用室内常规直剪试验,对等幅度干湿循环条件下的重塑膨胀土进行低应力抗剪强度测试,研究重塑膨胀土低应力抗剪强度参数随循环次数、循环幅度的变化关系,并建立包含初始含水率、循环幅度、干湿循环次数为变... 详细信息

为研究膨胀土的真实强度特征,采用室内常规直剪试验,对等幅度干湿循环条件下的重塑膨胀土进行低应力抗剪强度测试,研究重塑膨胀土低应力抗剪强度参数随循环次数、循环幅度的变化关系,并建立包含初始含水率、循环幅度、干湿循环次数为变量的黏聚力非线性特征函数。结果表明:在相同循环幅度和初始控制含水率下,膨胀土的黏聚力随循环次数的增加而衰减;在相同循环次数和初始控制含水率下,膨胀土的黏聚力随循环幅度的增加而衰减;内摩擦角与循环幅度和循环次数之间的关系无法用函数来表达;所建立的非线性黏聚力衰减函数是利用室内简单试验得到的,可用来计算等幅度干湿循环条件下膨胀土的黏聚力。

关键词：膨胀土等幅干湿循环低应力抗剪强度循环幅度

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基于波速和剩余强度退化的膨胀土疲劳损伤特性研究

基于波速和剩余强度退化的膨胀土疲劳损伤特性研究

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作者：黄震长沙理工大学

学位级别：硕士

膨胀土疲劳损伤裂隙是土体强度下降的主要原因之一,其疲劳损伤的实质是一个由于干湿循环作用下基质吸力反复加卸载,导致土体内部结构产生大量的微裂隙形核,并且微裂隙随着荷载循环次数增加而逐渐扩展,最终形成宏观裂缝的过程。而宏观裂... 详细信息

膨胀土疲劳损伤裂隙是土体强度下降的主要原因之一,其疲劳损伤的实质是一个由于干湿循环作用下基质吸力反复加卸载,导致土体内部结构产生大量的微裂隙形核,并且微裂隙随着荷载循环次数增加而逐渐扩展,最终形成宏观裂缝的过程。而宏观裂隙产生是导致土体强度降低的关键因素和膨胀土边坡滑塌的主要肇因。基于此,本文利用非金属超声波仪(TH204型)对等幅度干湿循环条件下的膨胀土进行声波测试,提出了用纵波速度定义膨胀土疲劳损伤的损伤变量,探索了干湿循环作用下膨胀土的损伤演化规律,研究了干湿循环条件下膨胀土的损伤变量随循环次数、循环幅度、控制含水率及低应力条件下的抗剪强度的变化关系,最终基于波速和剩余粘聚力定义损伤变量,提出能反映循环次数和循环幅度变化的非线性疲劳损伤模型。主要研究结论如下:(1)膨胀土试样的损伤变量随着干湿循环次数的增加呈非线性增长,增长幅度趋于平缓。当控制含水率越大,相应的损伤变量要小。循环幅度越大,损伤变量越大。第一次循环后,初始含水率增大,损伤变量整体呈减小趋势,说明初始基质吸力对试件的损伤变化起重要作用,初始含水率越大,损伤度越小。2～6次循环后,其损伤变化值随初始含水率变化规律性不明显。(2)膨胀土粘聚力值和损伤变量值具有良好的对数衰减关系。同一初始含水率条件下,循环幅度越大,粘聚力衰减随损伤变量衰减程度越大。得到的膨胀土的疲劳损伤强度衰减函数,可为膨胀土疲劳损伤模型的建立提供参考依据。(3)利用室内常规试验和非金属声波测试系统量测结果建立干湿循环作用下膨胀的非线性疲劳损伤模型,简单明了,便于应用,但该模型仅适用于等幅度情况,变幅度模型的建立,有待于提出合理的试验方案。本文基于干湿循环作用下膨胀土剩余粘聚力的试验数据,给出了反映剩余粘聚力变化的二次多项式,给出了等幅干湿循环作用下膨胀土疲劳损伤的定义和表达式。由剩余强度定义损伤变量与疲劳损伤的原始定义相符合。

关键词：膨胀土疲劳损伤波速等幅度干湿循环低应力抗剪强度

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干湿循环作用对膨胀土结构性的影响及其导致的强度变化

干湿循环作用对膨胀土结构性的影响及其导致的强度变化

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作者：刘斌长沙理工大学

学位级别：硕士

膨胀土是一种水敏性材料,矿物成分主要由强亲水性粘土矿物成分(蒙脱石和伊利石)组成。膨胀土受自然气候条件的影响比较敏感,在干湿交替频繁的气候环境中,膨胀土材料结构内部在基质吸力反复加卸载作用下会形成较多的细观裂隙,随着应力循... 详细信息

膨胀土是一种水敏性材料,矿物成分主要由强亲水性粘土矿物成分(蒙脱石和伊利石)组成。膨胀土受自然气候条件的影响比较敏感,在干湿交替频繁的气候环境中,膨胀土材料结构内部在基质吸力反复加卸载作用下会形成较多的细观裂隙,随着应力循环次数的增加,细观裂隙逐渐发育,并在膨胀土结构内部形成错综复杂的裂隙网络,最终导致土体结构松散,力学性能发生劣化。干湿循环作用下膨胀土细观结构的变化是导致其宏观力学性能劣化的根本原因,是膨胀土边坡失稳破坏的关键所在。因此,有必要开展干湿循环作用下的膨胀土细观结构特征变化研究。基于此,本文利用CT技术对不同初始控制含水率下经历干湿循环作用后的南阳膨胀土进行CT扫描,并结合计算机图像处理技术,定量化分析膨胀土试样的内部细观裂隙,研究了裂隙网络的几何结构和形态特征随循环次数的变化规律;利用聚类分析和逐步回归法,从定量描述膨胀土裂隙的指标中筛选出了表征其裂隙发育程度的基本指标;最终基于CT数定义损伤变量,建立了干湿循环作用下膨胀土体细观结构特征与低应力抗剪强度指标之间的关系。本文主要研究结论如下:1.第1-4次干湿循环对膨胀土细观结构变化影响较大,内部微裂隙发育明显,第7-8次干湿循环对细观结构影响甚微。在控制干密度相同的情况下,较高的的初始控制含水率可以有效的抑制土体的开裂。2.裂隙的节点个数、块区个数、裂隙平均长度和裂隙率是描述其形态结构和几何特征的基本指标,可以用来描述裂隙的发育程度。裂隙条数和总长度受节点个数控制,区块个数反映了区块面积的变化情况,平均长度反映了内部细观裂隙的连通性,裂隙率则在总体上反映了土体的体积变化情况。3.经干湿循环作用后膨胀土的强度衰减主要表现为粘聚力大幅度降低,而内摩擦角则无明显变化。4.随着干湿循环次数的增加,膨胀土的各向异性越来越明显,主要表现为CT数方差逐渐增大。膨胀土的损伤变量也随循环次数的增加逐渐增加,其细观结构损伤演化是一种非线性累积过程;膨胀土粘聚力与CT损伤变量具有良好的指数衰减关系。

关键词：膨胀土干湿循环细观结构低应力抗剪强度定量化指标聚类逐步回归

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