皖南網(wǎng)紋紅土非飽和工程特性研究.pdf

1、網(wǎng)紋紅土是廣泛分布于安徽南部地區(qū)的一種典型非飽和紅土。國(guó)內(nèi)外至今對(duì)其研究主要集中在形成年代、粒度分布和形成原因,對(duì)其非飽和力學(xué)性能和微結(jié)構(gòu)特征的研究則很少,尚處在探索階段。然而,網(wǎng)紋紅土非飽和特性對(duì)合理指導(dǎo)重要工程的設(shè)計(jì)與施工及確保安全運(yùn)行,具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
　　論文首先現(xiàn)場(chǎng)踏勘了宣城陳山網(wǎng)紋紅土剖面的基本特征,室內(nèi)分析了相應(yīng)的基本物理力學(xué)特性,并應(yīng)用GDS標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力路徑非飽和試驗(yàn)系統(tǒng),研究了土水特征曲線和非飽和強(qiáng)

2、度特征,且數(shù)值反演了土水特征曲線。同時(shí)開(kāi)展了原狀和剪切破壞土體的掃描電鏡(SEM)和能譜儀(EDS)試驗(yàn),進(jìn)而應(yīng)用數(shù)字圖像處理技術(shù)(DIP)定量分析了微結(jié)構(gòu)特征,以及初步探討了網(wǎng)紋紅土微結(jié)構(gòu)特征與宏觀力學(xué)性能間的內(nèi)在機(jī)理。研究得出了如下主要結(jié)論:
　　(1)基本室內(nèi)試驗(yàn)得出試驗(yàn)用土的液限、塑限、最優(yōu)含水量和塑性指數(shù)分別為48.5％、28.2%、17.9%和20.0;無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度峰值均值約為4.65MPa。
　　(2)土水特

3、征試驗(yàn)得到了網(wǎng)紋紅土的SWCC具有明顯的滯后特征,進(jìn)氣值約為200kPa。數(shù)值分析表明基于Fredlund模型模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)值吻合效果較Van Genuchten和Gardner模型好。
　　(3)三軸非飽和強(qiáng)度試驗(yàn)研究表明,網(wǎng)狀紅土剪切破壞呈現(xiàn)出軟化和脆性破壞,且強(qiáng)度峰值均出現(xiàn)在軸向應(yīng)變1.5%內(nèi)。對(duì)相同吸力不同有效圍壓試驗(yàn)條件下,偏應(yīng)力、平均有效應(yīng)力隨著有效圍壓的增大而增加,體積應(yīng)變隨著有效圍壓的增大而減小,而在相同圍壓不同吸

4、力條件下,偏應(yīng)力、平均有效應(yīng)力和體積應(yīng)變則隨吸力增大而增大。
　　(4)EDS試驗(yàn)研究得出皖南網(wǎng)紋紅土中主要元素是氧、硅、鋁和鐵元素;白色網(wǎng)紋和紅色基質(zhì)的礦物成分和含量存在較大差異,白色網(wǎng)紋可見(jiàn)明顯的石英聚集現(xiàn)象,并伴隨著鐵氧化物的遷移,且紅色基質(zhì)中鐵元素含量較白色網(wǎng)紋高。
　　(5)SEM試驗(yàn)結(jié)果表明原狀白色網(wǎng)紋的微結(jié)構(gòu)孔隙較大且分散,而紅色基質(zhì)的微結(jié)構(gòu)顆粒排列緊密,孔隙分布密集,且具有明顯的各向異性。DIP研究結(jié)果表明剪