岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (8): 2229-2237.doi: 10.16285/j.rsm.2022.1298

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

非饱和黄土高吸力下的水力力学特性及微观结构分析

张俊然1,宋陈雨2,姜彤1,王俪锦1,赵金玓1,熊潭清1   

  1. 1. 华北水利水电大学 河南省岩土力学与结构工程重点实验室,河南 郑州 450046;2. 浙江华东工程咨询有限公司,浙江 杭州 310014
  • 收稿日期:2022-08-21 接受日期:2022-10-26 出版日期:2023-08-21 发布日期:2023-08-21
  • 通讯作者: 姜彤,男,1973年生,博士,教授,博士生导师,主要从事从事岩土力学及其工程应用的研究。E-mail: jiangtong@ncwu.deu.cn E-mail:zhangjunran@ncwu.edu.cn
  • 作者简介:张俊然,男,1984年生,博士,副教授,硕士生导师,主要从事非饱土与特殊土工程性质的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No. 41602295);河南省高等学校青年骨干教师培养计划项目(No. 2020GGJS-094);河南省研究生教育改革与质量提升工程项目(No. YJS2023AL004)

Hydromechanical characteristics and microstructure of unsaturated loess under high suction

ZHANG Jun-ran1, SONG Chen-yu2, JIANG Tong1, WANG Li-jin1, ZHAO Jin-di1, XIONG Tan-qing1   

  1. 1. Henan Province Key Laboratory of Geomechanics and Structural Engineering, North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou, Henan 450046, China; 2. Zhejiang Huadong Engineering Consulting Co., Ltd., Hangzhou, Zhejiang 310014, China
  • Received:2022-08-21 Accepted:2022-10-26 Online:2023-08-21 Published:2023-08-21
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (41602295), the Foundation for University Key Teacher by the Ministry of Education of Henan Province (2020GGJS-094) and the Postgraduate Education Reform and Quality Improvement Project of Henan Province (YJS2023AL004).

摘要: 联合压力板仪和蒸汽平衡法在全吸力范围内对原状与重塑黄土进行持水特性试验,使用非饱和三轴仪对高吸力下的原状与重塑黄土进行剪切试验,同时采用扫描电镜仪(scanning electron microscope,SEM)和压汞仪(mercury injection apparatus,MIP)进行微观试验,探讨了非饱和黄土结构性差异对其水力力学特性的影响。试验结果表明:随着吸力的增大,原状和重塑土的饱和度、含水率均减小,孔隙比稍有减小。由于原状及重塑黄土的初始孔隙比基本一致,因此两者压汞试验总进汞量接近。由扫描电镜和压汞试验得到的原状及重塑黄土的孔隙结构形态及优势孔径范围不一样,结构性有所差异,导致土-水特征曲线在不同吸力范围内呈现不一样的规律。原状和重塑土的应力-应变关系多呈软化现象,吸力为3.29 MPa的重塑土呈硬化现象。且随着吸力的增大,原状和重塑土的黏聚力和峰值强度均明显增加,体变由剪缩趋向剪胀现象。由于原状土具备一定结构性,胶结作用较强,其黏聚力的增幅会大于重塑土,峰值强度也高于重塑土,而两者的内摩擦角基本一致。

关键词: 非饱和黄土, 高吸力, 微观结构, 土-水特征曲线, 三轴剪切

Abstract: The water retention characteristics of intact and remolded loess in full suction range were tested by combining pressure plate apparatus and vapor equilibrium method. The shear tests of intact and remolded loess under high suction were carried out by the unsaturated triaxial apparatus. At the same time, scanning electron microscope (SEM) and mercury injection apparatus (MIP) were used to conduct microscopic tests to investigate the influence of structural differences on the hydromechanical behavior of unsaturated loess. The test results show that with the increase of suction the degree of saturation and water content of intact and remolded loess decrease, and the void ratio decreases slightly as well. Since the initial void ratio of intact and remolded loess is almost the same, the total mercury intrusion volume of their mercury intrusion tests is close. The pore structure morphology and dominant pore size range of intact and remolded loess obtained from SEM and MIP tests are different, and the structural properties vary, resulting in different soil-water characteristic curve in different suction ranges. The stress-strain relationship of intact and remolded loess mostly displays softening, and the remolded loess with a suction of 3.29 MPa shows hardening behavior. With the increase of suction, the cohesion and peak strength of both the intact and remolded loess increase significantly, and the volumetric deformation changes from shear shrinkage to dilatancy. Because the intact soil has certain structure and strong cementation, the increased magnitude of its cohesion will be greater than that of the remodeled soil, and the peak strength will be higher than that of the remodeled soil, while the internal friction angle is basically the same.

Key words: unsaturated loess, high suction, microstructure, soil-water characteristic curve, triaxial shear

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