非飽和黃土的動力固結(jié)特征及其微觀機理定量研究.pdf

1、本文以室內(nèi)模擬試驗為基礎(chǔ)，研究夯后土體物理力學(xué)性質(zhì)的變化，并進行同夯擊次數(shù)條件下的微觀結(jié)構(gòu)研究，以期獲得非飽和黃土力學(xué)性質(zhì)變化規(guī)律的微觀結(jié)構(gòu)變化的支持。同時，編制數(shù)值模擬分析程序，檢驗強夯參數(shù)的合理性，進而形成一套完善的強夯理論和設(shè)計計算方法。 基于相似理論基礎(chǔ)，研制了強夯的室內(nèi)模擬試驗裝置。采用該裝置，設(shè)計了不同的施工條件，進行了強夯的室內(nèi)模擬試驗。得到了夯點夯沉量隨夯擊次數(shù)的變化規(guī)律。在夯擊能一定的情況下，夯坑深度與夯擊次數(shù)

2、之間存在著非線性關(guān)系。夯擊初期，各擊夯沉量增幅較大。此時地基受到?jīng)_擊擠壓，土的密實度增加顯著，主要表現(xiàn)為塑性變形。其后，隨著擊數(shù)的增加，每擊的夯沉量逐漸減少，此時地基土的變形包括塑性變形和彈性變形。為了研究夯擊過程中土體強度的變化規(guī)律，在應(yīng)變控制式電動直剪儀采用快剪方法對取自不同夯擊次數(shù)的試樣進行了強度試驗。試驗結(jié)果表明：在前三擊，土體強度增長較快。此后強度增長速率減慢，直到7擊時達到峰值。7擊后，強度值出現(xiàn)了負增長。總的來講，這一變化

3、規(guī)律與夯擊點地表變形規(guī)律相近。上述強度變化在其強度指標φ和c上也有所反映。隨著夯擊次數(shù)的增大，凝聚力c與夯擊次數(shù)的關(guān)系曲線亦呈單峰型，峰點位置也與強度關(guān)系基本吻合，顯示出應(yīng)有的一致性。相對而言，內(nèi)摩擦角的變化幅度卻相對較小。這說明夯擊過程中土體強度的變化主要是由于凝聚力變化所致。 天然黃土是固、液、氣三相非飽和體。實踐表明，無論怎樣選擇夯擊參數(shù)，強夯也不可能將土中的氣體和水全部夯出，其夯實變形主要是由于土體孔隙中氣相被排出土顆粒

4、相對位移重新排列而引起的。經(jīng)強夯處理后，土體達到密實狀態(tài)，由含水量所決定的極限孔隙比(e)≥1.25wds這是夯擊結(jié)束時所能達到的最小孔隙比。另外，強夯法加固濕陷性黃土地基時，含水量是一個重要的影響因素。只要地基土的含水量不低于最優(yōu)含水量5％，強夯后地基土就能滿足設(shè)計要求。 由于數(shù)值模擬能較全面地考慮地基條件和施工條件，故可認為它是完善強夯法設(shè)計計算理論的方向。針對非飽和黃土特點，建立彈塑性模型，采用粘滯邊界條件，使用FLAC3

5、D的動力模塊，編制了模擬程序。數(shù)值模擬結(jié)果表明：夯擊點的位移以垂直分量為主，水平位移分量很小，土的豎向位移約為橫向位移的5～15倍。在沖擊荷載作用下，土中形成脈沖應(yīng)力波，其峰值到來時間從夯錘與地面作用處向下逐漸滯后，這反映了應(yīng)力在土中的傳播。脈沖波過后，土中仍有應(yīng)力傳播，但應(yīng)力幅值已減小。淺部土體應(yīng)力波頻率高，向深處波形變簡單。從速度監(jiān)測曲線可以看出，地面垂直振動速度隨距夯點中心距的增加，呈負冪指數(shù)衰減。數(shù)值模擬結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，如果夯擊參數(shù)

6、選擇不合理，夯后一定深度的土體會出現(xiàn)強度弱化現(xiàn)象。 土的力學(xué)性質(zhì)在本質(zhì)上受控于土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它所顯示的不確定性、不規(guī)則性和模糊性是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的具體反映。使用KYKY-2800型掃描電鏡，獲得了不同夯擊階段的試樣的微觀圖像，然后經(jīng)過專用于土體微結(jié)構(gòu)圖像定量分析的計算機軟件系統(tǒng)(MIPS)得到了微結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化規(guī)律。(1)隨著夯擊次數(shù)的增加，顆粒數(shù)量呈下降趨勢。(2)顆粒大小的調(diào)整比顆粒數(shù)的變化要曲折，在夯擊初期，顆粒的總面積和粒

7、徑大小不是隨夯擊數(shù)的增加而增大的，而是略有下降或變化很小。但是，這一過程很快就過去了，取而代之的是顆粒大小逐漸增大。(3)夯擊過程中的孔隙變化應(yīng)當(dāng)與顆粒的變化具有一定的協(xié)調(diào)性。一般情況下，顆粒增大后同樣范圍內(nèi)的孔隙面積和孔徑將會相應(yīng)減小。(4)顆粒的形狀系數(shù)總體上是隨夯擊次數(shù)的增大而降低的，也就是說夯擊過程中顆粒的等粒性是降低的，形狀是趨向于扁平化的。(5)隨夯擊次數(shù)的變化，顆粒定向熵(Ed)的變化總體趨勢是逐漸減小的，但是減小的絕對量