非饱和土抗剪强度试验与土水特征曲线反演初探

论文摘要

有效应力和土水特征曲线是非饱和土研究的重要课题,验证有效应力的正确性并能够快速简单的测量土水曲线是许多研究工作者致力于解决的问题。针对这两个问题本文以抗剪强度、土水特征曲线和统一有效应力为基础,对硅微粉和桂平红黏土进行常含水量的直剪试验,得到不同饱和度下的抗剪强度和饱和土抗剪强度指标;然后以VG模型（Vangenuchten提出的土水特征曲线模型）为基础改进适用于全吸力范围内的土水特征数学模型（MVG,modified VG）,拟合得到硅微粉和桂平红黏土的土水特征曲线;再根据统一的有效应力方程,通过抗剪强度与土水特征曲线试验数据分析证明有效应力决定土的抗剪强度,同时通过重新整理他人已经发表的试验结果验证这一结论;最后探讨了由抗剪强度试验结果和有效应力方程反演土水特征曲线的可能性。由本文的研究可以得出以下结论:（1）相对于其他的抗剪强度试验,非饱和土的常含水量直剪试验具有基质吸力（水分）平衡时间短、试验过程简单、设备廉价、应用范围广等优点。不同饱和度的直剪试验中,硅微粉的内摩擦角会随着饱和度的降低而增加,当饱和度高于50%时,抗剪强度会随饱和度的降低而缓慢增加,当饱和度低于50%时,抗剪强度会随饱和度的降低先缓慢增加,后出现降低的趋势。而桂平土红黏土的内摩擦角和抗剪强度受饱和度的影响较小。（2）MVG模型可以拟合全吸力范围的土水特征曲线试验点,在边界效应区和过渡区残余饱和度采用常数-残余饱和度临界值,在残余阶段采用Campbell模型拟合,通过试验数据和文献数据验证了残余饱和度随吸力的变化规律。（3）有效应力,即外力土骨架应力决定土的抗剪强度。硅微粉和桂平红黏土的常含水量直剪试验和土水特征曲线数据经有效应力方程整理得到的结果与有效应力预测的结果相符合,并且对多种类型的土和不同试验方法的文献数据进行了全吸力范围内的重新分析,同样证明有效应力决定抗剪强度。由此,可以从常含水量的直剪试验快速反演得到土水特征曲线,结合文献数据证明了从有效应力方程反演土水特征曲线的有效性。

论文目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 非饱和土与非饱和土土力学

1.2 土水特征曲线

1.2.1 土水特征曲线的基本概念

1.2.2 土水特征曲线的测量方法

1.2.3 影响土水特征曲线的因素

1.2.4 土水特征曲线的物理意义

1.3 由抗剪强度反演土水特征曲线的方法

1.3.1 非饱和土的有效应力

1.3.2 非饱和土的抗剪强度

1.3.3 由抗剪强度反演土水特征曲线的方法

1.4 研究工作

2 非饱和土的抗剪强度试验

2.1 非饱和土抗剪强度试验的研究现状

2.1.1 非饱和土直剪试验

2.1.2 非饱和土三轴试验

2.2 试验方案

2.2.1 试样准备

2.2.2 试验方案

2.3 试验结果与分析

2.3.1 硅微粉结果及分析

2.3.2 桂平红黏土结果及分析

2.4 本章小结

3 土水特征曲线试验

3.1 土水特征曲线数学模型

3.2 试验方案

3.2.1 试验原理及仪器

3.2.2 试验方案

3.3 试验结果

3.4 本章小结

4 由抗剪强度试验结果反演土水特征曲线

4.1 非饱和土的有效应力和抗剪强度

4.2 有效应力方程验证

4.2.1 试验数据验证

4.2.2 文献数据验证

4.3 土水特征曲线反演

4.3.1 试验数据反演

4.3.2 文献数据反演

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 翟军亮

导师: 邵龙潭

关键词: 非饱和土,抗剪强度试验,土水特征曲线,有效应力

来源: 大连理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 大连理工大学

分类号: TU43

DOI: 10.26991/d.cnki.gdllu.2019.001129

总页数: 88

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