干湿循环下花岗岩残积土的崩解机理研究

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花岗岩残积土是广泛分布于我国东南沿海的非饱和区域性特殊土,其矿物成分、化学成分及粒度组成情况导致其工程性质遇水会发生劣化现象,具有易崩解的特性,且福建地区受季风气候影响,长期处于干湿循环作用中,为花岗岩残积土的遇水崩解软化提供了良好的外部条件,导致该地区易发生滑坡、崩岗等自然灾害,对岩土工程实践也造成了诸多困扰。因此,本文以花岗岩残积土为研究对象,开展干湿循环作用下花岗岩残积土的浸水崩解、大气崩解试验和电镜扫描试验,对电镜扫描照片展开微观参数的定量分析,并利用有限元软件进行数值模拟研究,分析花岗岩残积土微观结构在崩解过程中的演化,从宏观和微观两个层面探究干湿循环效应下非饱和花岗岩残积土的崩解机理。本文的主要工作和结果如下:(1)开展了干湿循环效应下花岗岩残积土的浸水崩解和大气崩解试验,得到了高温暴雨和炎热多雨气候影响下花岗岩残积土的崩解率、崩解速率及崩解特征,并得到了崩解指标与土的压实度、干湿循环次数间的定量关系。(2)对干湿循环效应下花岗岩残积土的崩解产物进行了电镜观察试验,通过图像分析技术获得了土体颗粒与孔隙的微观形状、分布和排列特征,得到了微观结构参数与干湿循环次数、土的压实度之间的定量关系,计算了干湿循环下土的崩解指标与各微观结构参数的关联度,并建立了花岗岩残积土的微观结构模型。(3)在花岗岩残积土宏观工程特性与微观图像研究的基础上,利用有限元软件从微观角度建立几何模型,对土体的崩解过程进行数值模拟,分析花岗岩残积土的崩解机理。数值模拟结果显示,土的崩解是土的微观结构薄弱处产生应力集中并破坏、应力场不断重新调整、结构逐渐破坏的过程。压实度高的土体微观结构紧密,粒间接触多为点-面、面-面接触,初始粒间作用力小,崩解发生缓慢;干湿循环作用导致土中初始微观裂缝增加,加速土体的崩解。
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