湿陷性黄土增（减）湿变形性状试验分析

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1、长安大学硕士学位论文特定的地质环境和物质组成，黄土在沉积过程中形成的结构状态决定着黄土结构本身在新的条件下的变化倾向。可以这样认为，黄土的结构性是黄土工程性质的本质。天然土体都具有结构性，但以往对土体本构关系的研究大多是针对结构破坏后的重塑土，无法反映土体的实际特性。黄土具有明显的大孔隙结构，因此仔细研究黄土的结构性对揭示黄土湿陷性的本质非常必要。黄土具有湿陷性，外因是浸水与压力，但内因是它的特殊结构性，即黄土颗粒的排列方式和联结方式，而特殊的显微结构又是其首要的影响因素。20世纪70年代末到90年代初，黄土的显微结构、孔隙结构及其对黄土工程性质影

2、响的研究取得了突破性进展。高国瑞(1980)、雷祥义(1987)、王永焱(1990)等先后采用电子显微技术、压汞法测试技术研究了我国各地区黄土的微观结构特征和孔隙结构特征。根据对扫描电镜显微图象的观察分析，认为骨架颗粒形态(矿物颗粒接触)、连接形式(胶结程度)和排列形式(孔隙特征)是决定黄土湿陷的主要结构特征，而且一般以后者最为重要。从这一观点出发，并将以上三个方面的结构特征相互结合，进一步的研究表明，黄土湿陷的根本原因，就是黄土具有比较特殊的粒状架空结构体系造成的。此外，还从各地黄土的显微图象中发现，黄土的显微结构有着明显的区域性变化规律：由西北

3、的粒状构成的架空接触式结构，逐渐过渡到东南的凝块构成的镶嵌胶结式结构。这种显微结构区域性的明显变化，和工程地质界所发现的湿陷性在区域性上的宏观变化一由西北向东南逐渐减弱的趋势一相吻合f7】、[91。黄土微观结构的研究已经揭示了黄土在其颗粒的排列与胶结以及孔隙等诸多方面的特殊性，很好的解释了黄土的一系列物理力学特征。虽然显微结构对黄土湿陷性的影响已被大家所公认，但长期以来的研究只是对土的结构性从定性的角度予以表述和解释，而定性分析已经不能满足黄土力学特性定量分析的要求，这给土性以至土力学的研究与应用带来了一系列问题。事实上，黄土的湿陷性、应力应变关系

4、以及固结曲线等，无一不与土的结构性密切相关。长安大学硕士学位论文虽然近年来关于结构要素定量化的研究，已取得了不少进展，从扫描电镜图象上通过统计分析或分形分析的方法可以对孔隙形状特征、各向异性、定向性等给出某种定量化的指标，但从根本上讲，还没有一个描述结构性的统一参量，更没有微结构与宏观力学性质之间的定量关系。因此，如何对黄土的结构性定量化仍是“21世纪土力学的核心问题”。在20世纪90年代，胡再强、旌斌、齐吉琳等先后对黄土的结构性进行了定量的研究，而张德华和白晓红(1996)首次提出了架空孔隙随深度的变化函数，并根据非线性数学回归分析，得出了湿陷系

5、数随架空孔隙统计量的数学表达式，初步建立了黄土显微结构与其宏观力学性质的定量关系。胡再强等(2000)在对原状黄土三轴浸水试验及试验前、后试样的显微结构电镜扫描分析基础上，由非饱和黄土显微结构与湿陷性之间的联系，确定了黄土结构与湿陷性的关系。以上的研究成果，把黄土的宏观工程性质与微观结构特征有机的结合起来，为今后研究黄土工程性质的本质特征开辟了新的途径，引起了国际土力学及地学界的极大关注。从黄土力学的观点出发，结构性研究的根本目的在于揭示结构性对土力学行为的影响及内在联系，最终建立宏观的应力应变关系。谢定义将士体结构性研究分为三个途径，即细观形态学

6、途径、固体力学途径、土力学途径。张诚厚、谢定义等从土力学角度提出的结构强度、湿陷起始压力、湿陷敏感性、土的灵敏度等也在一定程度上反映了土的结构性。最近基于对原状土、饱和原状土和扰动重塑土的侧限压缩试验，用浸水、扰动、加荷使结构势释放出来进行量测的方法所提出的结构性定量化参数，即综合结构势，其合理性、广泛性、灵敏性和稳定性都已得到了大量的试验验证，是一个具有突破性的进展。目前将土的显微结构和土的力学性质联系起来分析以判定土的工程性质是土体结构性研究的方向。2．黄土的湿陷特性黄土的特殊性除了表现在它的地质特征，微结构特征以及其他物理性质以外，从工程意义

7、来说，黄土的特殊工程性质最主要的是它的力学长安大学硕士学位论文性质，特别是强度和湿陷特性。作为非饱和土，黄土具有明显不同于饱和软粘土的力学性质，同时，黄土由于其独特的结构，还具有不同于其他土类的强度特性和变形特性，主要表现为黄土的结构性、欠压密性和湿陷性。黄土在天然状态下常处于欠压密状态，在一定的压力作用下弹性变形很小，主要为压密变形，而压密变形又表现为两种形式：压缩变形和湿陷变形。湿陷变形在浸水后发展较快，量也很大，对建筑物的危害性较大。黄土的结构性是导致黄土欠压密性的原因。结构强度破坏前，原状黄土的压缩性很小，结构强度破坏后，压缩性显著增大。黄

8、土的结构强度一旦遭到破坏，其力学性质就会发生显著变化，处于欠压密状态的黄土在浸水后将产生显著的附加变形(即湿陷变形)。所以