含盐结构性黄土强度特性试验研究

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黄土的力学性质与其内部的孔隙发育和胶结结构性具有重要的联系。黄土在干燥时强度较高,具有良好的工程性质,这是由于黄土在沉积过程中形成的大孔隙-骨架形式使其具有一定的结构强度。黄土在外部条件作用下其结构性会产生扰动甚至破坏,譬如受到工业废水、城市污水侵入而与黄土内部的氧化物、无机盐发生物理化学作用,从而对其细观结构和宏观力学性质产生影响。本文以西安黄土地区的Q2原状黄土为研究对象,选择具有不同溶解能力的无机盐(NaCl、CaSO4、CaCO3),对原状土进行了不同浓度盐溶液饱和后的三轴压缩试验,研究不同盐分的迁移和含量变化对含盐结构性黄土宏观力学性能的影响规律;并结合扫描电镜试验和XDR半定量分析,探究了不同类型盐分对黄土细观破损机理的影响;并以岩土体的二元介质模型为基础,修正并建立适用于西安黄土地区含盐结构性黄土的强度准则,并验证其适用性。研究的主要成果如下:(1)当采用一定浓度的盐溶液对黄土试样进行饱和处理后,土样中的含盐孔隙水会对土的胶结结构性造成不同程度的扰动。分析黄土试样的应力应变曲线,用盐溶液饱和后的原状黄土在较低围压下的偏应力比纯水饱和的对照组试样更高;但在中高围压条件下(400kPa),盐溶液饱和土体的偏应力相对于对照组来说变化并不明显。(2)采用难溶CaCO3胶体对原状黄土进行饱,三轴试验中低围压下的偏应力峰值与纯水饱和试样较接近,但软化阶段的下降斜率相较于纯水对照组更缓,因为原状黄土在结构破坏后,超细碳酸钙颗粒增加了土体粒间的内摩阻力,提高了土的抗剪强度。(3)采用SEM和XRD等方法辅助分析黄土试样中细观结构破损和盐分含量的变化,土的骨架结构在饱和作用中有一定的破坏,颗粒间的接触搭接变少,更多的胶结连结团被保留了下来,印证了三轴试验中盐溶液饱和对黄土结构性的影响。(4)基于二元介质模型理论分析含盐结构性黄土的细观破损机理和宏观力学特性,提出基于强度条件的破损变量Rx并确定抗剪贡献率ξv,修正并建立一种适用于西安地区含盐结构性黄土的抗剪强度准则,并验证该准则的适用性。
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