【摘 要】
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随着我国西部基础工程的建设,一大批水利工程在新疆伊犁地区相继开展。伊犁河谷三面环山,常年受西风气候的影响,使分布在河谷两岸阶地的黄土具有湿陷变形大、易溶盐含量高的特点,明显不同于季风区黄土高原黄土,其遇水后产生的变形是由结构性引起的湿陷变形和易溶盐溶解引起的溶陷变形共同构成。在渠道等水工建筑物运行过程中,受水分运移作用使周边非饱和土中易溶盐含量分布不均,从而影响建筑物运行中的变形、安全问题。本文以
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目,高易溶盐含量伊犁黄土湿陷和溶陷的区分方法与增湿本构模型研究,51978572,2020/01 至今; 国家重点研发计划项目,高寒区长距离供水工程能力提升与安全保障技术,2017YFC0405103,2017/07-2020/12; 陕西省重点研发计划项目,湿陷性黄土地区海绵城市路用透水性结构研究与
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随着我国西部基础工程的建设,一大批水利工程在新疆伊犁地区相继开展。伊犁河谷三面环山,常年受西风气候的影响,使分布在河谷两岸阶地的黄土具有湿陷变形大、易溶盐含量高的特点,明显不同于季风区黄土高原黄土,其遇水后产生的变形是由结构性引起的湿陷变形和易溶盐溶解引起的溶陷变形共同构成。在渠道等水工建筑物运行过程中,受水分运移作用使周边非饱和土中易溶盐含量分布不均,从而影响建筑物运行中的变形、安全问题。本文以伊犁黄土为研究对象,开展侧限条件下湿-密、水-力和水-盐作用下的增湿变形试验,揭示伊犁黄土的增湿变形规律、增湿过程中湿陷变形和溶陷变形的作用机制;同时,开展不同易溶盐含量的净平均应力循环、吸力循环和固结剪切三种应力路径下的非饱和土力学试验,系统地阐述了易溶盐含量对非饱和伊犁黄土湿-载作用下的变形、屈服特性及偏应力作用下的临界状态特性的影响规律,并在此基础上建立了考虑易溶盐含量的伊犁黄土非饱和弹塑性本构模型,为伊犁等中亚黄土地区的工程建设提供借鉴。主要研究成果如下:(1)通过伊犁黄土水-力、湿-密作用下的增湿变形试验,揭示了增湿发展过程中侧应力、体应变及增湿程度的变化规律;建立了考虑干密度影响的归一化压缩曲线,为伊犁地区黄土的湿陷性计算及评价提供理论基础;提出了能较好地表征不同含水率和干密度下伊犁黄土湿陷软化曲线的4参数表达式,为现场快速评估伊犁地区黄土的湿陷性提供依据。(2)从溶陷变形产生的根本原因出发,在黄土双线法湿陷试验的基础上,通过增加浸饱和盐溶液压缩试验,提出一种简单可行的湿陷变形和溶陷变形区分方法。研究了不同Na Cl含量下增湿过程中湿陷作用与溶陷作用的相互作用机理,为水-化作用下增湿变形研究提供一种新思路。(3)通过不同易溶盐含量下三轴等向应力试验,测定了等向应力状态下吸力增加和加载湿陷过程中的屈服特性,验证了非饱和伊犁黄土的LC屈服线和SI屈服线,同时探究了易溶盐含量对非饱和伊犁原状黄土的变形、屈服和水量变化特性的影响。通过不同易溶盐含量下三轴偏应力试验,分析了伊犁原状黄土的剪切破坏强度与易溶盐含量的关系,测定了偏应力状态下p-q平面内的屈服曲线形态,并揭示吸力和应力对屈服曲线的硬化规律。(4)研究了三轴应力状态下净应力空间和有效应力空间p-q临界状态线的变化规律;提出了不同净平均应力下土水特征曲线和不同吸力下e-p临界状态线的统一描述,并分别建立了考虑易溶盐含量影响的数学表达式,为易溶盐影响下的土水特性和临界状态特性奠定理论基础。(5)通过对比分析三轴应力状态试验结果,在轴对称应力状态下建立了考虑易溶盐含量的伊犁原状黄土的非饱和土弹塑性本构模型,采用复杂应力路径试验结果验证了模型的合理性,为伊犁黄土地区的非饱和力学特性和水力特性预测提供借鉴。
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