黄土的结构性力学特性研究

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1、黄土的结构性力学特性研究邵生俊西安理工大学2009年12月12日全国“西部特殊土与工程”学术会议全国“西部特殊土与工程”学术会议黄土的基本性质●黄土属于粉土或粉质粘土，可分为砂黄土、粉黄土和粘黄土。●黄土具有湿陷性，可分为湿陷性黄土和非湿陷性黄土。湿陷性黄土具有大孔隙、浅压密结构。●黄土的湿陷性与其结构性和非饱和性有本质的联系。黄土饱和后消除了湿陷性，削弱了结构性，但仍具有显著的压缩性。●黄土的物性指标除了粒度（颗粒组成、矿物成份）、密度（孔隙比、干密度等）、湿度（含水率、饱和土等）之外，还应有构度指标

2、。全国“西部特殊土与工程”学术会议土结构性的认识基础●正常固结土的土骨架属于新生结构，新生结构条件下土的密度-有效应力状态-抗剪强度具有唯一性。可以认为正常固结土没有结构性变化。●当新生结构的非饱和土具有密度-净应力状态-吸力状态-抗剪强度的唯一性时，也可以认为没有结构性的变化。●没有结构性变化的土，其力学性质就可以基于土的粒度、密度、湿度性质加以分析。但天然土往往都具有结构性。全国“西部特殊土与工程”学术会议土结构性的认识基础DC原状黄土正常固结土超压密结构性土欠压密结构性土超压密结构性土欠压密结构性

3、土欠压密结构性损伤土全国“西部特殊土与工程”学术会议土的结构性力学特性认识途径固体力学分析方法途径塑性力学与损伤力学相结合的途径扰动状态概念：1974年C.S.Desai堆砌体模型：2000年沈珠江破损力学的途径（2002年沈珠江）弹性模型、塑性模型、脆性模型破损演化规律土力学分析方法途径结构可稳性与可变性综合结构势1999年谢定义全国“西部特殊土与工程”学术会议黄土结构性的物性指标构度（与粒度、密度、湿度指标对应）反映了结构可稳性；反映了结构可变性。原状饱和土的无侧限抗压强度重塑土的无侧限抗压强度原状

4、土的无侧限抗压强度灵敏度饱和软土黄土①黄土②黄土④黄土种类相对密度干密度/(g/cm3)天然含水率/%液限/%塑限/%塑性指数黄土①2.71.3518.042.026.016黄土②2.71.582.8033.021.012黄土③2.71.3622.039.025.014黄土④2.71.3310.835.523.5120246810121416010203040506070原状黄土21%重塑黄土21%饱和黄土应变/%应力/kPa024681012141604080120160200原状黄土21%重塑黄土2

5、1%饱和黄土应变/%应力/kPa0246810121416020406080100120140160180原状黄土21%重塑黄土21%饱和黄土应变/%应力/kPa全国“西部特殊土与工程”学术会议黄土构度随含水率的变化曲线Q3黄土压缩模量与其构度的关系全国“西部特殊土与工程”学术会议黄土①与黄土③尽管它们的液限、塑性指数和密度接近，但构度大小和变化规律却明显不同；黄土②的密度较大，但也有明显的构度变化。Q3黄土的构度与压缩模量与构度具有一致的变化规律。全国“西部特殊土与工程”学术会议压缩条件下黄土的结构性

6、变化规律γd=12kN/m302468101214012345压力P/（100kPa）结构性参数/mp水泥含量1.7%水泥含量2.55%水泥含量3.4%齐吉琳1998全国“西部特殊土与工程”学术会议三轴剪切条件下黄土的结构性变化规律用原状黄土、重塑土、饱和黄土的广义剪应力确定的结构性参数具有峰值。全国“西部特殊土与工程”学术会议三轴剪切条件下黄土的结构性变化规律全国“西部特殊土与工程”学术会议真三轴剪切条件下黄土的结构性变化规律全国“西部特殊土与工程”学术会议结构性与强度特性指标之间的关系φ=31.24

7、8mη-0.20090510152025303502468mηφ/°全国“西部特殊土与工程”学术会议黄土的结构性弹塑性本构模型结构性土的修正剑桥模型全国“西部特殊土与工程”学术会议黄土的等效固结变形特性●非饱和黄土固结变形稳定时承受全部作用应力的土骨架称为等效骨架相，相应承担的应力为等效骨架相应力；●非饱和黄土固结变形过程中相对于等效土骨架相运动的流体称为等效流体相，相应承担的中性压力为等效流体压力；●非饱和土的固结过程是等效流体相运动的过程，也是其压力消散的过程；●随着土中等效流体相压力的消散，等效骨

8、架相应力将逐渐增加，土被不断压缩，最终等效流体相压力消散为零，等效骨架相承受所有外荷载，非饱和土的固结变形完成。●非饱和黄土的压缩应力应变曲线实际上就是不同应变状态与等效骨架相应力的关系；●非饱和黄土固结过程中不同时刻的应变状态不同，其对应的等效骨架相应力不同；●总的附加压缩应力中扣除等效骨架相应力后就可得到等效流体压力的发展变化规律；研究方法与技术路线通过压缩试验及固结试验测试非饱和土的压缩变形曲线及固结变形曲线。根据不同时刻的变形在压缩