渭北黄土微观结构及自重湿陷下限深度的判定方法研究

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湿陷性黄土因其具有特殊结构,浸水后极易发生较大的沉降变形,为工程建设带来诸多严重安全隐患,如何更为精确地判定自重湿陷下限深度,一直为相关学者所尤为关注,目前已有的判定方法均具有一定的局限性,难以将其推广于实际工程。因此,本文以陕西渭北黄土为研究对象,通过室内湿陷试验、扫描电镜试验以及压汞试验对黄土微观结构变化规律及自重湿陷下限深度的判定方法进行进一步的探索。本文主要的研究成果如下:(1)通过开展扫描电镜试验可以确定本次5m试验用土的湿陷起始压力区段为50k Pa~90k Pa,黄土整体结构强度与微观结构密切相关,湿陷前后黄土微观结构有所不同,黄土湿陷的微观机理主要是由于大、中孔隙的坍缩、颗粒间点接触(点-点接触和点-面接触)的消失、支架排列方式的改变、颗粒圆形度的增加、孔隙圆形度的减小、孔隙定向性的增强等因素共同导致了整体结构强度的降低,致使黄土在宏观上表现出加压浸水后的显著附加下沉。(2)基于压汞实验结果发现,黄土在加荷—浸水—卸荷过程中,当荷载压力较小时,会出现类似膨胀土的膨胀现象,这种现象为回弹所致,回弹量主要由土体结构强度所影响,其大小会因结构强度的降低而有所减少。(3)黄土的湿陷过程根据上覆压力的大小主要可以分为三个阶段:第一阶段为似膨胀弹性变形,当处于低压力区间内,土体整体结构与天然黄土差异较小,卸荷之后土体内部孔隙体积大于原始体积;第二阶段为塑性压缩变形,当处于中压力区间内,卸荷后土体孔隙体积小于天然黄土,结构强度被一定程度上削弱,但土体依旧能够保持天然黄土的部分性状;第三阶段为湿陷变形,当处于高压力区间内,土体结构变化显著,孔隙体积明显减小,土体发生加大的附加变形。(4)提出了一种根据黄土卸荷回弹特性对自重湿陷性及自重下限深度进行判定的方法,即若自重湿陷试验卸荷后,土样可以回弹到固结稳定时的高度,其不具有自重湿陷性;反之则具有自重湿陷性,并根据具有自重湿陷性土层的最大深度可以确定自重湿陷下限深度,经试验验证,本方法判定结果与试坑浸水试验结果高度一致。
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