原状黄土冻融过程抗剪强度劣化机理试验分析.pdf

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1、第３８卷第５期土木建筑与环境工程Ｖｏｌ．３８Ｎｏ．５２０１６年１０月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｉｖｉｌ，Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ＆ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＯｃｔ．２０１６ｄｏｉ：１０．１１８３５／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４-４７６４．２０１６．０５．０１２原状黄土冻融过程抗剪强度劣化机理试验分析许健１，李诚钰２，王掌权１，任建威１，袁俊３，４（１．西安建筑科技大学土木工程学院，西安７１００５５；２．西安市地下铁道有限责任公司，西安７１００１８；３．中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司，西安７１００

2、７５；４．中国科学院寒区旱区环境与工程研究所；冻土工程国家重点实验室，兰州７３００００）摘要：通过对西安Ｑ原状黄土在封闭系统冻融作用下的电镜扫描和直剪试验，研究了冻融作用３对原状黄土微观结构和强度的影响。试验表明：冻融过程中原状黄土微观结构发生显著变化，大颗粒集粒数量明显减少，小粒径土颗粒所占比重增加，孔隙面积比增加。进一步基于损伤力学理论，得到微观结构冻融损伤度随冻融次数增加呈指数增加趋势，反映出冻融作用一定程度上破坏黄土体的结构强度，但多次冻融后黄土体结构强度趋于稳定的残余强度。冻融过程土样表面结构发生破坏，且含水

3、率越高，土体表面特征破坏越严重。粘聚力随冻融次数增加呈指数衰减趋势，且含水率越高，粘聚力衰减幅值和速率越小；粘聚力随含水率增加表现出线性衰减特征，且冻融后粘聚力与含水率的变化规律近似重合；内摩擦角无明显规律性变化。粘聚强度冻融损伤系数随冻融次数增加呈指数增加趋势，随含水率升高有增大趋势。基于试验数据规律性，进一步提出了原状黄土粘聚强度劣化模型，该模型经试验验证可较好描述原状黄土粘聚强度劣化规律。关键词：原状黄土；冻融作用；电镜扫描；微观结构；抗剪强度中图分类号：ＴＵ４４４文献标志码：Ａ文章编号：１６７４-４７６４（２０

4、１６）０５-００９０-０９Experimentalanalysisonthemechanismofshearstrengthdeteriorationofundisturbedloessduringthefreeze-thawprocess１，LｉCｈeｎgyu２，WaｎgZｈaｎgquaｎ１，ReｎJｉaｎweｉ１，YuaｎJuｎ３，４XuJｉaｎ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘ＇ｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ，７１００５５，Ｐ．

5、Ｒ．Ｃｈｉｎａ；２．Ｘｉ’ａｎＭｅｔｒｏＬｔｄ．，Ｘｉ’ａｎ，７１００１８，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ；３．ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｏ．Ｌｔｄ．ｏｆＣｈｉｎａＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｎｓｕｌｔｉｎｇＧｒｏｕｐ，Ｘｉ’ａｎ，７１００７５，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ；４．ＣｏｌｄａｎｄＡｒｉｄＲｅｇｉｏｎｓＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｌａｎｚｈｏｕ，７３００００

6、，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）Abstract：ＳＥＭａｎｄｄｉｒｅｃｔｓｈｅａｒｔｅｓｔｓｗｅｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｆｒｅｅｚｅ-ｔｈａｗａｃｔｉｏｎｏｎｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｘｉ’ａｎＱ３ｕｎｄｉｓｔｕｒｂｅｄｌｏｅｓｓｕｎｄｅｒｔｈｅｃｌｏｓｅｄｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ收稿日期：２０１６-０３-０９基金项目：国家自然科学基金（５１４７８３８５、５１２０８４０９）；陕西省教育厅专项科研计划（１２ＪＫ０９１４）；冻土工程国家重

7、点实验室开放基金（ＳＫＬＦＳＥ２０１３１２）；西北电力设计院技术创新科研项目（ＸＢ１-ＴＭ０４-２０１３）作者简介：许健（１９８０-），男，博士，副教授，主要从事寒区岩土工程研究，（Ｅ-ｍａｉｌ）ｘｕｊｉａｎ＠ｌｚｂ．ａｃ．ｃｎ。李诚钰（通信作者），男，高级工程师，（Ｅ-ｍａｉｌ）５９７８８８５４１＠ｑｑ．ｃｏｍ。Received：２０１６-０３-０９Foundationitem：ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（Ｎｏ．５１４７８３８５，Ｎｏ．５１２０８４０９）；ＳｐｅｃｉａｌＲｅｓｅａｒ

8、ｃｈＰｒｏｇｒａｍｏｆＳｈａａｎｘｉＰｒｏｖｉｎｃｅＥｄｕｃａｔｉｏｎＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ（Ｎｏ．１２ＪＫ０９１４）；ＯｐｅｎＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆｓｔａｔｅｋｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｅｒｍａｆｒｏｓｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（Ｎｏ．ＳＫＬＦＳＥ２０１３１２）；ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｊ