低频动力扰动对硫酸钠盐渍土强度衰减及工程影响研究

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伴随着黄土地区建设与工业的不断发展,岩土体中面临着各类可溶性盐侵蚀的可能性逐渐增大,进而改变了土体的物性状态,土体的污染以及盐渍土场地的稳定性直接关乎到土体边坡的安全问题。随着“西部大开发”和“一带一路”的推动,西北黄土地区边坡工程规模逐渐增大,目前对于边坡失稳的机理探讨主要集中在地震、降雨、冻融循环等因素,对于交通荷载所产生的影响研究尚不突出。基于此,本文开展了低频周期性动力扰动对硫酸钠盐渍土强度衰减特性的研究工作。通过进行三轴不固结不排水、固结不排水及固结排水剪切试验对不同扰动频率及含盐量的原状黄土的抗剪强度进行研究,总结出以下研究结果:(1)利用电磁吸合式振动台及应变控制式三轴仪对原状及污染土样进行了三轴不固结不排水(UU)、固结不排水(CU)、固结排水剪切试验(CD),其应力-应变曲线均呈现出应变硬化型曲线特征,土体的偏应力峰值随着含盐量及扰动频率的增加而逐渐降低,其抗剪强度指标也随着含盐量及扰动频率的增加而降低,但随着围压的增大,这种效应又呈现着增强的趋势。同时对比固结不排水(CU)剪切试验及固结排水(CD)剪切试验的结果,发现了不同应力路径曲线下含盐量及扰动频率对平均有效应力和孔隙水压力的变化规律。(2)对三个试验分析得到的抗剪强度参数以及应力-应变曲线规律进行了邓肯-张模型(E-μ)模型的验证。计算拟合了E-μ模型包含的8个参数,可知含盐量及扰动频率的改变均会影响到参数的选取确定,进一步发现邓肯-张模型适用于轻微扰动硫酸钠盐渍原状黄土这一特殊的污染土。(3)基于ABAQUS有限元软件平台关联Visio Studio及Fortran子程序,对邓肯-张E-μ计算模型进行了二次开发,对三轴固结排水试验的结果进行了二维和三维数值模拟,并将三种结果进行了对比,经过对比分析,发现模拟结果与试验结果有着较好的一致性,二维及三维模型的结果呈现出高度一致,验证了邓肯-张E-μ模型子程序的适用性。通过对比模拟与试验的数据,分析了两种结果差异产生的具体原因,分别从试验计算误差和子程序模型的缺陷进行分析,从中也得到了进行三轴试验及有限元数值模拟时应注意的问题。(4)通过对周期性动力扰动后的硫酸钠盐渍土边坡进行数值建模,采用强度折减法对边坡稳定性进行模拟分析,得到了水平、竖向位移随含盐量及扰动频率的变化规律,边坡土体水平及竖直方向最大位移随着硫酸钠含量的增大而逐渐增大,在低含量时暂未危及边坡的稳定,在高扰动频率、高硫酸钠含量时,边坡位移激增,导致边坡失稳。其次,边坡的安全系数随着扰动频率和硫酸钠含量的增加,均呈现出减小的趋势,最大与最小安全系数3.25、1.53分别来自未污染未扰动边坡和2.0%硫酸钠含量20 Hz扰动频率的边坡,减小幅度为52.9%。
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