全吸力范圍內(nèi)桂林紅黏土的土-水特征曲線及微觀結(jié)構(gòu)演化規(guī)律研究.pdf

1、土-水特征曲線(Soil Water Retention Curve)是描述非飽和土水力特性的重要關(guān)系曲線，它對非飽和土的諸多特性有影響，如滲透性、體變以及強度等。同時，作為解釋非飽和土行為的一項基本本構(gòu)關(guān)系，土-水特征曲線是將理論、試驗及預(yù)測方法有機結(jié)合的重要關(guān)系之一，也是構(gòu)筑非飽和土各種重要關(guān)系的基礎(chǔ)。因此，通過土-水特征曲線研究非飽和土的相關(guān)性質(zhì)具有重要的意義。影響土-水特征曲線的影響因素眾多，包括土的類型、應(yīng)力狀態(tài)、孔隙比、孔隙

2、分布、初始含水量、吸力范圍、溫度以及化學(xué)成分等等。現(xiàn)有研究表明，對于某一特定土樣，孔隙比是影響土-水特征曲線最為直接和重要的因素。然而，當(dāng)孔隙比相同時，不同微觀孔隙結(jié)構(gòu)的土樣卻表現(xiàn)出不同的土-水特征曲線性狀。地基、路基以及邊坡等實際工程中的土體，一方面由于受荷載作用而引起孔隙體積的減小;另一方面由于降雨、蒸發(fā)等氣候因素影響，天然土體處于干濕循環(huán)過程之中，其孔隙比和微觀孔隙結(jié)構(gòu)也將發(fā)生改變，從而導(dǎo)致其工程響應(yīng)的差異。
　　為了研究不

3、同孔隙結(jié)構(gòu)對非飽和土土-水特征曲線的影響，以桂林紅黏土為研究對象，首先自主研制單孔結(jié)構(gòu)泥漿土制樣裝置，利用固結(jié)法和壓實法分別制備單孔和雙孔結(jié)構(gòu)的土樣。隨后，基于軸平移法、濾紙法和飽和鹽溶液蒸汽平衡法3種不同控制吸力的方法，對上述兩種不同孔隙結(jié)構(gòu)以及不同初始孔隙比的共計129個桂林紅黏土土樣的土-水特征曲線開展了試驗研究。最后，利用壓汞法與掃描電鏡法，對泥漿土與壓實土樣在干化、濕化和干濕循環(huán)過程中不同吸力階段的微觀孔隙結(jié)構(gòu)進行了試驗研究，

4、揭示了單、雙孔結(jié)構(gòu)土樣在水力作用過程中微觀孔隙結(jié)構(gòu)的演化規(guī)律。取得的主要研究成果如下:
　　(1)自主研制了單孔結(jié)構(gòu)泥漿土制樣裝置，對不同孔隙結(jié)構(gòu)土樣制備方法進行了優(yōu)化。自主開發(fā)研制了一種單孔結(jié)構(gòu)泥漿土制樣裝置，其原理簡單、使用方便，能夠靈活地通過砝碼或千斤頂控制固結(jié)壓力，并可通過制樣桶的刻度以及量筒所測排水量，對所制備土樣的密度進行有效控制;同時，基于所研制的泥漿土制樣裝置和傳統(tǒng)的壓實樣制樣器，對單孔結(jié)構(gòu)泥漿土和雙孔結(jié)構(gòu)壓實土試

5、樣的制備方法進行了優(yōu)化。
　　(2)利用不同的吸力控制技術(shù)，開展了全吸力范圍內(nèi)不同孔隙結(jié)構(gòu)桂林紅黏土的土-水特征曲線試驗研究，揭示了初始孔隙比和微觀孔隙結(jié)構(gòu)對土-水特征曲線的影響規(guī)律。針對桂林紅黏土，通過單孔結(jié)構(gòu)泥漿土制樣裝置制備3種初始孔隙比的單孔結(jié)構(gòu)重塑土，通過擊實法制備3種初始孔隙比的雙孔結(jié)構(gòu)重塑土。分別利用軸平移技術(shù)、濾紙法和飽和鹽溶液蒸汽平衡法，對不同吸力水平的吸力進行控制，獲取了不同孔隙結(jié)構(gòu)和不同初始孔隙比條件下桂林紅

6、黏土的土-水特征曲線，揭示了微觀孔隙結(jié)構(gòu)和初始孔隙比對土-水特征曲線的影響規(guī)律，包括對干化曲線、濕化曲線以及滯回特性的影響。
　　(3)通過對土樣在干濕循環(huán)過程中的不同階段開展壓汞實驗和電鏡掃描實驗，揭示了單、雙孔結(jié)構(gòu)的桂林紅黏土在干濕循環(huán)過程中微觀結(jié)構(gòu)演化規(guī)律。利用壓汞實驗和掃描電鏡實驗，分別測試了3種初始孔隙比的泥漿土樣與壓實土樣在干濕循環(huán)過程中不同吸力階段的微觀孔隙結(jié)構(gòu)，包括干化過程和濕化過程，從而揭示了兩種不同孔隙結(jié)構(gòu)桂林