干湿循环条件下红砂岩软弱夹层强度及微结构关联性研究

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1、学校代码10530学号201510181975分类号TU411.92密级公开硕士学位论文干湿循环条件下红砂岩软弱夹层强度及微结构关联性研究学位申请人周乐意指导教师陈宾副教授学院名称土木工程与力学学院学科专业建筑与土木工程研究方向岩土工程二○一八年六月ResearchonCorrelativitybetweenStrengthandMicrostructureofRedSandstoneWeakSandwichunderDry-wetCycleCandidateZhouLeyiSupervisorAssociateProfessorChenBinCollegeCollege

2、ofCivilEngineeringandMechanicsProgramConstructionandCivilEngineeringSpecializationGeotechnicalEngineeringDegreeMasterUniversityXiangtanUniversityDateJune,2018湘潭大学硕士学位论文摘要近些年，受全球气候变化影响，极旱极涝交替出现的极端气候事件在我国频繁发生，且频率呈逐年上升态势。频发的极端天气事件对地质环境具有较大影响，造成岩土体长期处于干湿交替环境，导致风化作用加剧，岩土结构破坏、失衡，自稳能力降低，物理力学性质改变

3、。因此，极端气候事件对于地质体，特别是具有特殊工程性质的岩土结构，如对红砂岩的稳定性产生不利影响，造成红砂岩边坡失稳频繁发生。红砂岩软弱夹层对顺层边坡稳定性起着控制作用，开展干湿循环条件下红砂岩软弱夹层强度及微结构变化规律研究，对极旱极涝交替出现的极端气候条件下红砂岩边坡稳定性分析具有一定的指导意义。本文以湖南湘潭地区红砂岩软弱夹层为研究对象，采用扫描电镜试验、XRD衍射试验、直剪试验以及直剪蠕变试验，研究了红砂岩软弱夹层在常温浸水与60℃干燥(当地夏季平均地表最高温度)的干湿循环试验条件下的抗剪强度与蠕变特性以及微结构变化规律。在将微结构参数定量化的基础上，通过相关分析

4、以及多元回归分析-逐步回归，获得了影响其力学特性显著的微结构参数，构建了主要微结构参数与强度之间数学关系。本文主要内容与结果如下：（1）通过直剪试验，红砂岩软弱夹层在干湿循环1~5次后，剪切强度逐渐蜕化至18.68%，黏聚力明显降低，但内摩擦角受影响较小；5次循环后，软弱夹层内部结构变化趋于平衡，受干湿循环作用影响趋弱，抗剪强度数值保持稳定，变化不大，干湿循环次数与黏聚力近似呈指数函数关系。（2）通过干湿循环条件下直剪蠕变试验，随干湿循环次数增加其蠕变特征越明显，且随垂直应力减小，试样蠕变特性越显著，干湿循环作用降低了蠕变强度。（3）通过XRD衍射试验与SEM试验，软弱夹

5、层在干湿循环条件下呈现强度衰减，是由于黏土矿物颗粒吸水膨胀失水收缩，破坏了微结构，造成了颗粒数目增加，且颗粒粒径减小。（4）平均面积、平均直径、平均周长、定向概率熵等微结构参数随干湿循环次数增加而减小呈现负相关关系，颗粒个数、平均形状系数、形态分布分形维数等微结构参数随干湿循环次数增加而增加呈现正相关关系，微结构参数变化与抗剪强度变化规律基本相同，二者存在一定的关联性。（5）通过对7个微观结构参数采用逐步回归法，选出了平均周长与形状系数作为主要描述黏聚力变化的两个微结构参数，建立了微结构与粘聚力之间的数学关系。关键词：干湿循环；红砂岩软弱夹层；剪切强度；蠕变；微结构I干湿

6、循环条件下红砂岩软弱夹层强度及微结构关联性研究AbstractInrecentyears,extremeclimateeventshavebeenincreasingfrequentlyinChinaduetoglobalclimatechange.Thefrequentoccurrenceofextremeweathereventshasanegativeimpactonthegeologicalenvironment,sothatrockandsoilmasswereplacedinadryandwetalternateenvironmentforalongperio

7、doftime.Theinfluenceoftheclimatehasintensifiedtheweatheringeffect,causeddamagetotherockandsoilstructure,reducedthegeosyntheticself-stability,andchangedthephysicalandmechanicalpropertiesoftherockandsoilmass.Therefore,extremeweathereventshaveanegativeimpactonrockandso