岩土力学 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (4): 1092-1102.doi: 10.16285/j.rsm.2023.0627

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

干湿-冻融循环下黄土力学特性及损伤机制研究

郅彬,王尚杰   

  1. 西安科技大学 建筑与土木工程学院,陕西 西安 710054
  • 收稿日期:2023-05-19 接受日期:2023-08-10 出版日期:2024-04-17 发布日期:2024-04-17
  • 通讯作者: 王尚杰,男,1999年生,硕士研究生,主要从事黄土力学特性及本构模型方面的研究。E-mail:yui_wp@163.com
  • 作者简介:郅彬,男,1972年生,博士,副教授,主要从事黄土力学特性及本构模型方面的研究。E-mail:xianzhibin@163.com
  • 基金资助:
    西安市岩土与地下工程重点实验室开放基金(No.XKLGUEKF21-03)。

Mechanical properties and damage mechanism of loess under dry-wet freeze-thaw cycle

ZHI Bin, WANG Shang-jie   

  1. College of Architecture and Civil Engineering, Xi’an University of Science and Technology, Xi’an, Shaanxi 710054, China
  • Received:2023-05-19 Accepted:2023-08-10 Online:2024-04-17 Published:2024-04-17
  • Supported by:
    This work was supported by the Xi’an Key Laboratory of Geotechnical and Underground Engineering Open Fund(XKLGUEKF21-03).

摘要: 为深入研究干湿-冻融循环对原状黄土力学特性的影响及细观损伤演化规律,通过不同次数干湿-冻融循环条件下的固结排水三轴剪切试验(consolidation drainage triaxial shear test, CD)和核磁共振试验,从宏-细观角度分析其应力-应变曲线及强度指标变化规律和细观孔隙的损伤变化规律。在此基础之上,假定黄土微元强度分布服从复合函数,建立了黄土的损伤统计本构模型,并验证其适用性。研究结果表明:土体的应力-应变曲线表现为应变软化,并且随着循环次数的增大软化程度逐渐减弱。偏应力峰值随循环次数减小并逐渐趋于稳定,在循环2次时其衰减程度最大,不同围压下分别衰减了17.6%、23.2%、24.5%和18.1%。土体内胶结块在循环作用下发生破损,使得内部孔隙面积逐渐增大,主要为小孔隙向中大孔隙的转变,随着循环次数的增大,内部结构逐渐趋于稳定。

关键词: 干湿-冻融循环, 黄土, 力学特性, 细观损伤, 损伤统计本构模型

Abstract: The study aimed to investigate the influence of dry-wet freeze-thaw cycles on the mechanical properties of undisturbed loess and evolution of microscopic damage. In order to analyse the stress-strain curves and chang law of strengch index and mesoscopic damage of pores from a macro and meso perspective, the research employed consolidation drainage triaxial shear tests (CD) and nuclear magnetic resonance tests under varying dry-wet freeze-thaw cycle durations. On this basis, the strength distribution of loess was assumed to follow a composite function, a statistical damage constitutive model of loess was established and its applicability was verified. The key findings and observations are summarized as follows. The stress-strain curve of the soil exhibited strain softening, with the degree of softening gradually decreasing with an increase in the number of cycles. The peak value of deviatoric stress decreased with the number of cycles and tended to be stable gradually, and the attenuation degree was most significant at the second cycle, decreasing by 17.6%, 23.2%, 24.5% and 18.1% respectively under different confining pressures. The circulation action led to damage to the cemented block in the soil, resulting in a gradual increase in internal pore area, primarily due to the transformation of small pores into large pores. With an increase in the number of cycles, the internal structure of the soil gradually became more stable.

Key words: dry-wet freeze-thaw cycles, loess, mechanical property, mesoscopic damage, statistical damage constitutive model

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[1] 潘网生, 赵恬茵, 李鑫, . 黄土微观结构优先连通模型及其对优先渗流的意义[J]. 岩土力学, 2024, 45(6): 1709-1719.
[2] 赵再昆, 王铁行, 张亮, 金鑫, 鲁洁, 阮嘉斌, 邢昱, . 高温作用下非饱和黄土裂隙演化及其定量分析[J]. 岩土力学, 2024, 45(5): 1297-1308.
[3] 张建伟, 刘贺, 曹克磊, 黄锦林, 王勇. TBM有压输水隧洞内张钢圈-管片-围岩组合结构联合承载力学特性分析[J]. 岩土力学, 2024, 45(4): 1154-1169.
[4] 刘汉香, 叶刁瑜, 别鹏飞, 朱星, . 循环加卸载过程中灰岩微细观损伤特征的试验研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(3): 685-696.
[5] 蒋济泽, 王成龙, 黄煜镔, 赵华, 陈志雄, . 竖向和水平组合荷载下能量桩单桩变形特性[J]. 岩土力学, 2024, 45(3): 788-796.
[6] 范浩, 王磊, 王连国, . 不同应力路径下层理煤体力学特性试验研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(2): 385-395.
[7] 张培森, 许大强, 李腾辉, 胡昕, 赵成业, 侯季群, 牛辉, . 裂隙砂岩注浆前后渗流特性及注浆后 力学特性试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 12-26.
[8] 刘德仁, 张转军, 王旭, 张艳丰, 安政山, 金芯, . 水蒸汽增湿重塑非饱和黄土地基现场应用参数研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 73-82.
[9] 张熙胤, 孙斌洁, 徐振江, 管嘉达, 罗滔, 于生生. 考虑多因素耦合效应的冻结兰州黄土动力学参数研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 289-299.
[10] 梁金平, 荆浩勇, 侯公羽, 李小瑞, 张明磊, . 卸荷条件下围岩的细观损伤及力学特性研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 399-409.
[11] 邵帅, 邵生俊, 高梦洁, 刘小康, 王立新, 严广艺, . 水-力耦合非饱和黄土的弹塑性模型适用性研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 436-442.
[12] 李品良, 许强, 刘佳良, 何攀, 纪续, 陈婉琳, 彭大雷, . 盐分影响重塑黄土渗透性的微观机制试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 504-512.
[13] 张俊然, 宋陈雨, 姜彤, 王俪锦, 赵金玓, 熊潭清. 非饱和黄土高吸力下的水力力学特性及微观结构分析[J]. 岩土力学, 2023, 44(8): 2229-2237.
[14] 简涛, 孔令伟, 柏巍, 舒荣军, . 基于耗散能量的饱和黄土动孔压模型[J]. 岩土力学, 2023, 44(8): 2238-2248.
[15] 高旭龙, 张豫川, 黄鸿伟, 刘东发, 刘智璠, . 考虑变形影响的黄土土-水特征及其滞后效应[J]. 岩土力学, 2023, 44(8): 2350-2359.
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[1] 姚仰平,侯 伟. 土的基本力学特性及其弹塑性描述[J]. , 2009, 30(10): 2881 -2902 .
[2] 徐金明,羌培,张鹏飞. 粉质黏土图像的纹理特征分析[J]. , 2009, 30(10): 2903 -2907 .
[3] 向天兵,冯夏庭,陈炳瑞,江 权,张传庆. 三向应力状态下单结构面岩石试样破坏机制与真三轴试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2908 -2916 .
[4] 石玉玲,门玉明,彭建兵,黄强兵,刘洪佳. 地裂缝对不同结构形式桥梁桥面的破坏试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2917 -2922 .
[5] 夏栋舟,何益斌,刘建华. 土-结构动力相互作用体系阻尼及地震反应分析[J]. , 2009, 30(10): 2923 -2928 .
[6] 徐速超,冯夏庭,陈炳瑞. 矽卡岩单轴循环加卸载试验及声发射特性研究[J]. , 2009, 30(10): 2929 -2934 .
[7] 张力霆,齐清兰,魏静,霍倩,周国斌. 淤填黏土固结过程中孔隙比的变化规律[J]. , 2009, 30(10): 2935 -2939 .
[8] 张其一. 复合加载模式下地基失效机制研究[J]. , 2009, 30(10): 2940 -2944 .
[9] 易 俊,姜永东,鲜学福,罗 云,张 瑜. 声场促进煤层气渗流的应力-温度-渗流压力场的流固动态耦合模型[J]. , 2009, 30(10): 2945 -2949 .
[10] 陶干强,杨仕教,任凤玉. 崩落矿岩散粒体流动性能试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2950 -2954 .