w-oh砒砂岩固结体干湿循环特性及其细观机理研究

《w-oh砒砂岩固结体干湿循环特性及其细观机理研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、学校代码10530学号201510181924分类号S157密级公开硕士学位论文W-OH砒砂岩固结体干湿循环特性及其细观机理研究学位申请人丁哲指导教师马雯波学院名称土木工程与力学学院学科专业结构工程研究方向土与结构相互作用2018年06月06日·StudyonMechanicalPropertiesandMeso-mechanismofPishaSandstoneSolidifiedBodywithW-OHCompositeunderDrying-wettingCyclesCandidateDingZheSupervisorMaWenboCollege

2、CollegeofCivilEngineeringandMechanicsProgramStructuralEngineeringSpecializationSoilandstructureinteractionDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune,20182·W-OH砒砂岩固结体干湿循环特性及其细观机理研究本文受以下基金共同资助：国家重点研发计划项目：砒砂岩区生态安全保障技术（2017YFC0504505）国家自然科学基金：基于深海底质土细观粘附特性分析的仿生履齿自

3、清洁机研究(11502226)湖南省教育厅一般项目：深海底质土细观力学特性研究(16C1542)4摘要砒砂岩地区是黄土高原生态环境最脆弱、土壤侵蚀最剧烈的区域，也是黄河中游粗沙的主要来源区之一。本研究采用W-OH（亲水性聚氨酯材料）对砒砂岩进行固结处理，而抗干湿循环能力是检验固化土耐久性能的重要指标。土体经多次干湿循环作用后抗压强度降低，这对砒砂岩地区的建筑物地基、道路边坡和路堤工程的长期稳定性有重要影响，因此研究干湿循环作用下W-OH砒砂岩固结体的强度与微结构的变化具有重要意义。本文基于取样于内蒙古准格尔旗皇甫川流域内的二老虎沟小流域的砒砂岩试样，通

4、过室内物理力学试验和微观结构分析，研究了不同W-OH浓度和不同干湿循环次数作用下砒砂岩固结体的无侧限抗压特性和三轴抗压特性，并通过称重法、SEM和EDS对其干湿循环后的质量损失、微观结构和元素成分进行分析，主要研究成果如下：（1）基于无侧限抗压强度试验，研究了W-OH砒砂岩固结体的无侧限抗压强度、弹性模量与干湿循环次数、W-OH浓度的关系；利用三轴不固结不排水试验，得到了不同干湿循环次数作用后W-OH砒砂岩固结体的应力-应变关系曲线具有应变软化特征。结果表明，W-OH砒砂岩固结体的无侧限抗压强度、弹性模量和黏聚力在1~3次干湿循环后升高，这是因为在1~

5、3次干湿循环过程中仍有部分W-OH胶结体在水中继续固化；在3~9次干湿循环，固结体的力学强度降低，这是因为W-OH胶结体充分固结，随着干湿循环次数增加，部分低粘结力的W-OH胶结体脱离；9次之后，剩下高粘结力的W-OH胶结体包裹于砒砂岩颗粒表面，力学强度趋于稳定。内摩擦角在1~9干湿循环上下波动，9次干湿循环以后趋于稳定，这是因为前期W-OH胶结体未固化完全，随着干湿循环次数增加，胶结体的固化、破坏和流失达到稳定。（2）针对W-OH砒砂岩固结体重塑样品（12次干湿循环后重塑）力学特性分析，通过无侧限抗压强度试验和三轴不固结不排水试验，发现W-OH砒砂岩

6、固结体重塑土的无侧限抗压强度相比于重塑前下降很多，这是因为重塑前固结体颗粒和颗粒之间以W-OH胶结体相连，具有较高的粘结力；重塑后的W-OH胶结体被破坏，土颗粒与颗粒之间的粘结力急剧降低，宏观上造成W-OH砒砂岩固结体重塑土的无侧限抗压强度明显下降。而对于同一含水率下重塑固结体的无侧限抗压强度、粘聚力和内摩擦角随着W-OH浓度的增大而逐渐增大。这是因为W-OH胶结体包裹在砒砂岩颗粒表面，而高浓度W-OH胶结体使砒砂I·岩颗粒之间具有更高粘结力，即使在经过重塑（土颗粒经过完全破坏）后，仍表现为较高的宏观力学强度。（3）针对5%浓度W-OH浓度砒砂岩固结体

7、在不同干湿循环次数下的微观结构进行分析，发现W-OH包裹在砒砂岩表面以增大土颗粒之间的粘结力，宏观表现为土样抗压强度和黏聚力的增大；经过干湿循环后，W-OH胶结体从土颗粒表面脱落，导致土颗粒间的粘结力降低，宏观变现为土样抗压强度和黏聚力的减小。考虑到土样中C元素的含量均来自于W-OH，通过称重法和EDS能谱仪（测试C元素）分别对其宏观质量亏损和细观W-OH破坏流失进行分析。发现干湿循环后W-OH砒砂岩固结体强度降低主要是因为包裹在砒砂岩表面的W-OH胶结体的破坏和流失，并在9次干湿循环后达到稳定。这与上述所无侧限抗压强度、弹性模量、黏聚力随循环次数增加

8、而变化的规律相似。可以判断W-OH砒砂岩固结体能在9次干湿循环后形成稳定的微观结构且W-OH不