干湿及冻融循环交替作用下压实黄土变形特性的试验研究

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中国是世界上黄土分布最广的国家之一,黄土在我国的西北和华北部分地区大面积存在,这些区域又属于季节性冻土区,区域内的路基、边坡等与黄土密切相关的岩土工程不可避免受到干湿-冻融循环的劣化作用,产生复杂变形,严重时会诱发诸如不均匀沉降、边坡失稳等工程病害,严重威胁相关工程的安全性和稳定性,亟需对干湿-冻融循环作用下压实黄土的变形特性开展全面研究。本文依托于山西省吉河高速公路项目,针对该黄土路基随时间产生周期性隆起沉降的工程问题,对现场压实路基黄土进行取样,开展了相关室内试验研究,获得主要成果如下:(1)开展了非饱和压实黄土土-水特征曲线的试验研究。结合轴平移技术、滤纸法和饱和盐溶液法,对压实黄土的土水特征曲线进行测定,得到不同干密度下全吸力范围内的土水特征曲线,揭示了净平均应力、温度和干密度等因素对压实黄土持水特性的影响规律。(2)基于全自动固结仪,对经历过不同干湿循环次数的压实黄土开展了常规压缩试验和湿陷性试验,研究了干湿循环次数、初始含水量、初始压实度对其压缩特性和湿陷特性的影响规律。(3)基于三联温控非饱和土三轴仪,开展不同干密度下控制吸力的压实黄土干湿循环试验、三维冻融循环试验及干湿-冻融耦合循环试验,得到黄土试样孔隙比和体应变随循环次数变化的演化规律,并分析了不同循环工况对压实黄土变形的影响机理。探究了黄土试样在耦合作用过程中,干湿循环次数和冻融循环次数分别对其体积变形带来的影响程度,建立了考虑不同循环次数的压实黄土多元线性回归模型。(4)利用压汞试验掌握了压实黄土内部孔隙的分布特征。采用电镜扫描法(SEM),定性地描述初始压实度、干湿循环次数以及冻融循环次数对黄土试样微观结构的影响,并利用微观结构特征对宏观规律进行解释,实现宏观变形特性和微观结构特性的结合。
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