钙质结核对土体抗剪强度影响的试验研究及离散元模拟

发布时间：2020-11-22 03:45

　　 淮北平原粘性土层中大量分布的钙质结核造成土体的物质组成、结构和性质迥异于其它土类,大量的结核这一“量变”最终形成了钙质结核土这一区域性特殊土。而目前对于钙质结核土力学性质的研究主要着眼于大量结核引起的“质变”——即在大量钙质结核的影响下土体的力学性能,很少去考虑单个结核究竟是怎么影响土体的性质的。基于此,论文采用三轴压缩试验,并结合离散元数值模拟,研究单个或少量的结核对土体力学性质的影响。本次试验研究选用粒径为0.4Lc的原状钙质结核,制备了18%、21%、24%三种含水率下含不同位置和数量结核的试样,并在3种不同围压下进行三轴压缩试验(UU)。通过分析试样的典型破坏形态,发现结核附近的土体变形较小,其结核对试样破坏形态其起控制作用;同时,论文对试样的应力-应变关系进行了研究,分析了土体细观结构要素——结核数量和位置、含水率、围压等对试样应力-应变曲线形态的影响;在三轴试验基础上,论文运用PFC~(3D)软件建立模型,对此次试验进行离散元数值模拟,在细观尺度上分析钙质结核对颗粒间应力场和位移场的影响,并据此讨论结核影响试样抗剪强度的作用机制;最后,论文引入了基于土体结构性改良的Duncan-Chang模型,对其拟合钙质结核土本构关系的适用性进行了探讨。研究表明:在压缩过程中,钙质结核周围会产生应力集中现象,阻碍了土中细颗粒的运动,承担更多剪应力,起到了骨架作用,从而增强了试样的整体强度;随结核数量的增多,其骨架作用也不断增强,且位于试样中心的结核起到的骨架作用最强。研究成果有助于理解结核对于土体工程性质的影响,并对其它含粗大颗粒土类的性质的研究有所借鉴,如土石混合体等。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU43
【部分图文】：

技术路线图

图 2.1 钙质结核土区域平面分布图[3]Regional distribution plan of cohesive soil containing calcareous知，钙质结核的形成需要蓄水能力强，且季节性干湿交替质环境，所以地势低洼的河间平原地貌是钙质结核绝佳的域地下水位较低，蓄水能力差，难以大规模发育结构良好此，钙质结核在平面上的分布与淮北平原的地势地貌紧密相结核基本分布在水系两侧的河间平原区。在平原中部及中南完型钙质结核，而在地势稍高的东北部及北部边缘的 Q4土形钙质结核为主，其分布有明显的区域性特征。核土分布区的典型剖面上，如图 2.2，结核的分布也随深。钙质结核发育于地下水位附近，故常常在剖面上聚集成在 0.7m 左右，但偶尔也可见 0.2～0.3m，甚至出露地表。中通常分布的是发育较差的雏形钙质结核，而完型钙质结核布在深度 0.7m 及以下的地层中。在平原地表径流侵蚀作用部分直接出露地表。钙质硬磐一般埋藏很深，分布于粘性

图 2.2 濉溪地层剖面图[3]Fig.2.2 Suixi stratigraphic section[3]结核土的结构结核土是由以结核作为粗粒组分、粘粒和粉粒作为细粒组分构成的结构。其结构从细观角度来看，主要是指粗粒部分，即结核在土体态、数量，自身的结构、大小、形状等要素；粘粒、粉粒的特征和擦等作用是钙质结核土的微观结构。当表层土体分布少量小粒径的等力学特征主要由细粒部分控制，而随深度增加，结核粒径增大，核的各项结构特征对土体的影响会逐步增大并取代细粒部分对土体-4]。学性质上相差较大的结核和细粒土组成的钙质结核土在物质组分土，而与一般的土石混合体有一定的相似性。但钙质结核是由复杂内部胶结、固结生成的，与一般土石混合体中块石的来源具有本质观和微观尺度上，钙质结核土与一般土石混合体的结构特征具有明
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本文编号：2894061