压实红黏土增减湿变形特性研究.pdf

三峡大学硕士学位论文 II A Dissertation Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Science in Engineering The Deformation Characteristics pacted Laterite Soil under Moistening and Demoistening Master Candidate: Liu Xiaoling Major: Geotechnical Engineering Supervisor: Associate Prof. Tan Yun-zhi Prof. Wang Shi-mei China Three Gorges University Yichang, ,443002 May, 2013 三峡大学硕士学位论文 I 三峡大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果,除文中已经注明引用的内容外,本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。学位论文作者签名: 日期: 三峡大学硕士学位论文 II 摘要红黏土具有失水开裂、遇水泥化的典型水敏性特征,而红黏土所在地一般雨量充沛、四季分明。因此,修筑在地表浅层的红黏土路基不可避免地会与大气和地下水发生强烈的相互作用,使得路基土体处于反复的增(减)湿循环过程中,从而引起路基运营阶段性能弱化,导致沉降、开裂、滑塌等工程灾害。然而,目前关于红黏土增(减) 湿变形的研究尚不多见,对水分对其微观孔隙的影响机制研究更是少之又少。所以, 开展压实红黏土增(减)湿变形特性研究无疑具有重要的理论价值和工程意义。论文以洞新高速公路某标段填料取土场的红黏土为研究对象,通过室内试验研究了不同初始状态下压实红黏土的失水收缩变形特征、侧限膨胀变形特征和三轴湿化变形特征, 主要研究内容及结论如下: 1)研究了洞新红黏土的基本特性,揭示了红黏土压实特性与工程特征的相关性, 分析了各工程特征指标随压实度的变化规律,并针对性的给出了某些工程病害的防治建议。 2)开展了自然风干条件下不同压实度红黏土的收缩试验,证明了压实后红黏土依然发生强烈的收缩,且其收缩过程不同于一般黏性土,可分为结构收缩、比例收缩、残余收缩和零收缩四个阶段。然后利用压汞法测得不同脱湿状态下压实红黏土的孔隙分布特征,揭示了失水收缩过程中孔隙发生演变的过程。结果表明,失水过程的前阶段(偏湿时)大孔隙优先收缩,达到残余阶段后小孔隙发生收缩。 3)开展了侧限条件下不同初始状态压实红黏土的无荷膨胀率试验,得出压实红黏土的无荷膨胀大致可分为加速膨胀、缓慢膨胀和膨胀稳定三个阶段,且红黏土的最大膨胀率与初始干密度和初始含水率都基本呈线性关系,初始干密度越大,初始含水率越小,其膨胀率越大,但干密度对其影响不如初始含水率对其影响显著。 4)提出了限制膨胀法测试膨胀应力的新方法,开展了侧限条件下不同初始状态压实红黏土的膨胀力试验,发现在相同初始状态下,限制膨胀法所测的膨胀应力都小于膨胀反压法所测的值,说明黏土晶间和粒间吸水自由膨胀后发生了―不可逆‖的膨胀变形。而对压实红黏土进行孔径测试分析可知,相同干密度试样,制样含水量对压实土体的孔隙分布影响显著,试样吸水后限制其膨胀与允许其自由膨胀对中孔影响很大,在限制土体吸水膨胀条件下,土体呈现大孔孔径变小和中、微孔孔径变大的演化过程。 5)对于渗透系数较低的黏性土,提出了砂芯试样加快吸力平衡的新方法,研制了相配备的制样装置,并从试验和数值两个角度对于加快吸力平衡时间的效果和对其应力应变的影响程度两个方面展开了研究。事实证明砂芯试样可将其吸力平衡时间缩三峡大学硕士学位论文 III 短3~5倍,而2%的置换砂率是砂芯试样的最优置换砂率。 6)利用改进的三轴仪,开展了三轴应力状态下不同初始状态压实红黏土的湿化变形试验,根据其应变增量随含水率增量的变化规律,可以将湿化变形过程分为启动阶段、加速阶段和稳定阶段三个阶段。在相同的应力状态下,初始干密度和初始含水率都对最终湿化变形量影响显著,初始干密度越小,初始含水率越低,湿化变形量越大。而且在整个湿化过程中,含水率与湿化变形基本同时达到稳定状态。 7)按照非饱和土力学的观点,湿化试验属于基质吸力减小引起的剪切试验。参照邓肯-张(Duncan-Chang)模型,提出了描述丧失的基质吸力与湿化变形之间关系的数学模型