亢佳玉,王麗琴,鞏江峰,等.壓實(shí)黃土壓縮變形規(guī)律及其數(shù)學(xué)模型[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào),2024,44(5):942-952.
KANG Jiayu,WANG Liqin,GONG Jiangfeng,et al.Compression deformation law of compacted loess "and its mathematical model[J].Journal of Xi’an University of Science and Technology,2024,44(5):942-952.
摘要:黃土高填方是巖土工程領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題,其地基穩(wěn)定與沉降也是填方地區(qū)的重點(diǎn)關(guān)注問題,而要準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)填方區(qū)的地基總沉降量或工后沉降量數(shù)據(jù),就需要對(duì)壓實(shí)黃土的壓縮變形規(guī)律進(jìn)行研究。通過大量室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗(yàn)研究高填方地區(qū)壓實(shí)黃土的壓縮變形規(guī)律,分析不同地區(qū)壓實(shí)黃土在不同條件下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,討論其壓縮特性及變化規(guī)律,通過復(fù)合冪-指數(shù)(CPE)模型建立了描述壓實(shí)黃土側(cè)限條件下應(yīng)力-應(yīng)變曲線的表達(dá)方法。結(jié)果表明:側(cè)限條件下,壓實(shí)黃土的應(yīng)變隨豎向應(yīng)力的逐級(jí)增加而增加;不同場(chǎng)地、沉積時(shí)代壓實(shí)黃土的壓縮變形規(guī)律基本相似,施加相同豎向應(yīng)力時(shí),應(yīng)變隨含水率的降低而減小,隨壓實(shí)度的增加而減?。浑S著壓實(shí)度的增加,試樣抵抗變形的能力越來越強(qiáng);而隨著含水率的增加,土體抵抗變形的能力被削弱??紤]到含水率與壓實(shí)度,將不同沉積時(shí)代下CPE模型參數(shù)進(jìn)行定量描述,壓實(shí)黃土在側(cè)限條件下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線數(shù)學(xué)模型在呂梁Q3黃土中的應(yīng)用,說明了該模型的準(zhǔn)確性與合理性,為研究壓實(shí)黃土的壓縮變形提供了新思路。
關(guān)鍵詞:壓實(shí)黃土;側(cè)限壓縮試驗(yàn);變形規(guī)律;數(shù)學(xué)模型;沉積時(shí)代
中圖分類號(hào):TU 43
Compression deformation law of compacted loess
and its mathematical model
KANG Jiayu1,WANG Liqin1,GONG Jiangfeng2,WANG Xindong3,CHENG Fanghui3,XU Chong3
(1.School of Civil Engineering and Architecture,Xi’an University of Technology,Xi’an 710048,China;
2.China Railway Economic and Planning Research Institute,Beijing 100039,China;
3.China Railway First Survey and Design Institute Group Co.,Ltd.,Xi’an 710048,China)
Abstract:The high fill of loess is a hot issue in the field of geotechnical engineering,and its foundation stability and settlement are also the key issues in the filling area.To predict the total settlement or post-construction settlement data of the foundation in the filling area,it is necessary to study the compression deformation law of compacted loess.Through a large number of indoor confined compression tests,the compression deformation law of compacted loess in high fill area are examined.The stress-strain curves of compacted loess in different areas under different conditions are analyzed,and the compression characteristics and variation rules are discussed.The expression method of stress-strain curve under confined condition of compacted loess is established by Composite Power Exponent(CPE)model.The results show that the strain of compacted loess increases with the increase of vertical load under the condition of lateral restriction.The compression deformation law of compacted loess in different sites and sedimentary ages is basically similar.When the same vertical load is applied,the strain decreases with the decrease of water content and decreases with the increase of compaction degree.As the degree of compaction increases,the ability of the sample to resist deformation becomes ever stronger;with the increase of water content,the ability of soil to resist deformation is weakened.Considering the water content and compaction degree,the parameters of the CPE model are quantitatively described.The application of the mathematical model of the stress-strain curve of the compacted loess under lateral confinement in Lvliang Q3 loess"shows the accuracy and rationality of the model,which provides a new idea for exploring"the compression deformation of compacted loess.
Key words:compacted loess;lateral compression test;deformation law;mathematical model;depositional age
0引言
隨著人類活動(dòng)與工程施工的大量開展,黃土地區(qū)的公路、隧道、基礎(chǔ)工程等填方工程也日益增多。作為高填方體的填筑材料,壓實(shí)黃土的性質(zhì)受原狀黃土的影響,并且壓實(shí)過程中的各種人類活動(dòng)、壓實(shí)完成后的濕度變化等都會(huì)造成高填方地區(qū)黃土的不穩(wěn)定[1-3]。高填方地基穩(wěn)定與沉降一直是填方地區(qū)的重點(diǎn)關(guān)注問題,而要準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)填方區(qū)的地基總沉降量或工后沉降量數(shù)據(jù),就需要對(duì)壓實(shí)黃土的壓縮變形規(guī)律進(jìn)行研究[4-5]。
學(xué)者們對(duì)于壓實(shí)黃土的壓縮特性展開了眾多研究,分析了壓實(shí)黃土的物理指標(biāo)與壓縮指標(biāo)之間的具體關(guān)系,特別壓縮變形系數(shù)、壓縮系數(shù)、壓縮模量等隨含水率、壓實(shí)度等因素的變化規(guī)律。李旭東、王博等分別對(duì)延安新區(qū)的Q2,Q3壓實(shí)黃土進(jìn)行高壓固結(jié)試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)增減濕和壓實(shí)度的變化會(huì)直接影響壓實(shí)黃土的壓縮特性[6-7];謝星等通過單軸壓縮試驗(yàn)與常規(guī)三軸試驗(yàn)對(duì)比西安Q2與Q3黃土,發(fā)現(xiàn)相同條件下,Q2黃土的強(qiáng)度大于Q3黃土[8];陳存禮等對(duì)一定含水率及干密度下具有不同結(jié)構(gòu)性的壓實(shí)黃土試樣進(jìn)行側(cè)限壓縮試驗(yàn),揭示了結(jié)構(gòu)變化對(duì)壓實(shí)黃土壓縮特性的影響[9];陳開圣等通過引入壓縮變形系數(shù),分析壓實(shí)黃土的物理指標(biāo)對(duì)壓縮變形系數(shù)、壓縮系數(shù)的影響,室內(nèi)壓縮試驗(yàn)的壓縮指標(biāo)可以很好的反映黃土的壓縮性[10];唐斌鵬使用單軸壓縮機(jī),發(fā)現(xiàn)酸濃度在0~3 mol/L時(shí),壓縮系數(shù)增加,而壓縮屈服應(yīng)力降低,酸蝕黃土的壓縮性更強(qiáng)[11];李宏儒等為研究不同添加劑對(duì)黃土壓縮性能的改良效果,對(duì)試驗(yàn)土進(jìn)行壓縮試驗(yàn),得到相應(yīng)的壓縮曲線進(jìn)行分析[12];簡(jiǎn)濤等通過壓縮試驗(yàn)研究黃土不同顆粒組構(gòu)的壓縮性能,發(fā)現(xiàn)黏粒含量對(duì)壓縮性能影響最大[13]。
國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于壓實(shí)黃土的壓縮特性研究較多,但在壓實(shí)黃土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系方面的研究仍存在不足。劉保健等發(fā)現(xiàn)側(cè)限條件下,壓實(shí)黃土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線符合雙曲線模型[14];
PESTANA等從側(cè)限條件的土體壓縮試驗(yàn)得到有效應(yīng)力、孔隙比、壓力等相關(guān)參數(shù)之間的擬合關(guān)系,并結(jié)合約束模量與有效應(yīng)力在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)值中進(jìn)行擬合,建立土體的壓縮模型[15];LIU、GAO和TENGATTINI等基于側(cè)限固結(jié)壓縮試驗(yàn)結(jié)果、變形塑性功與有效應(yīng)力間的相互關(guān)系提出了土體壓縮分析模型,該模型僅能簡(jiǎn)單反映土體側(cè)限固結(jié)壓縮過程中總孔隙比與有效應(yīng)力之間的關(guān)系[16-17];ZHANG等通過各向同性壓縮試驗(yàn)分析壓實(shí)黃土在水力耦合作用下的壓縮性能,推導(dǎo)出了壓實(shí)黃土的荷載-破壞屈服曲線[18];楊晶等在研究壓實(shí)黃土壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線時(shí),采用冪函數(shù)進(jìn)行擬合[19-20];胡長(zhǎng)明等在研究呂梁地區(qū)壓實(shí)馬蘭黃土?xí)r,發(fā)現(xiàn)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系符合冪函數(shù)[21];黃雪峰等基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論分析,提出了Gunary模型,更加準(zhǔn)確地描述側(cè)限條件下的壓實(shí)黃土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線[22];喬俊義等針對(duì)延安地區(qū)Q2、Q3壓實(shí)黃土展開室內(nèi)側(cè)限固結(jié)試驗(yàn),改進(jìn)了Gunary模型,使其實(shí)用性更強(qiáng)[23]。關(guān)于壓實(shí)黃土側(cè)限條件下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的擬合方法主要為雙曲線模型、冪函數(shù)、Gunary模型,但這3種方法都有其各自的局限性。雙曲線模型得到的割線模量與應(yīng)力的線性關(guān)系不能反映高壓實(shí)度下的實(shí)際情況,冪函數(shù)對(duì)應(yīng)力-應(yīng)變曲線的擬合在在高壓實(shí)度下具有較高的精確性,隨著壓實(shí)度的降低,由于割線模量與應(yīng)力呈線性關(guān)系,冪函數(shù)的擬合形式不再適用[24],Gunary模型在對(duì)壓實(shí)黃土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線描述時(shí),試驗(yàn)參數(shù)具有不確定性。
王麗琴等通過6個(gè)場(chǎng)地對(duì)不同含水率的原狀黃土進(jìn)行側(cè)限壓縮試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)同一沉積時(shí)代的原狀黃土應(yīng)力-應(yīng)變曲線具有歸一性,并通過復(fù)合冪-指數(shù)(Composite Power-Exponential,CPE)模型提出了原狀黃土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線表達(dá)式,在此基礎(chǔ)上,思考不同沉積時(shí)代的壓實(shí)黃土是否具有歸一性[25]。因此,文中對(duì)西安、蘭州3個(gè)場(chǎng)地的不同壓實(shí)度、含水率下的Q2、Q3壓實(shí)黃土進(jìn)行側(cè)限壓縮試驗(yàn),分析不同壓實(shí)度、含水率下壓實(shí)黃土應(yīng)力-應(yīng)變曲線的變化規(guī)律,建立壓實(shí)黃土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型。
1試驗(yàn)方案
1.1試驗(yàn)用土
土樣部分取土場(chǎng)地如圖1所示,根據(jù)GB/T 50123—2019《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》,對(duì)各土樣分別進(jìn)行基本物性指標(biāo)測(cè)定,并通過輕型擊實(shí)試驗(yàn)測(cè)試土樣的擊實(shí)指標(biāo)。試驗(yàn)黃土的基本情況與物性指標(biāo)見表1。
1.2壓實(shí)黃土結(jié)構(gòu)性指標(biāo)測(cè)定方法
取3個(gè)不同場(chǎng)地的黃土,分別制作不同壓實(shí)度(K=80%,85,90%,95%,100%)與不同含水率(w=2%,5%,10%,13%,15%,18%,20%,23%,25%,28%,wop,飽和)的重塑試樣共160個(gè),為制備不同含水率的試樣,在最優(yōu)含水率試樣的基礎(chǔ)上加水或減水,使試樣達(dá)到試驗(yàn)所需的含水率,再進(jìn)行側(cè)限壓縮試驗(yàn),儀器采用南京土壤儀器場(chǎng)生產(chǎn)的WG單杠桿固結(jié)儀,壓力分別為25,50,100,200,400,800,1 600,3 200 kPa,試樣高為20 mm,面積30 cm2。
2試驗(yàn)結(jié)果分析
2.1試驗(yàn)結(jié)果
3種場(chǎng)地下,同一壓實(shí)度下不同含水率壓實(shí)黃土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖2~圖4所示,其中p為軸向應(yīng)力,kPa,ε為軸向應(yīng)變;K為壓實(shí)度,%。
2.2應(yīng)力-應(yīng)變曲線
從圖2~圖4可以看出,在側(cè)限壓縮條件下,不同場(chǎng)地、不同沉積時(shí)代的壓實(shí)黃土在不同條件下應(yīng)力-應(yīng)變曲線的形狀基本相似,隨著豎向荷載的逐級(jí)增加,試樣的應(yīng)變隨之增大,試樣的孔隙比減小,土體變得更加密實(shí),隨著豎向荷載的進(jìn)一步增加,土體的顆粒骨架結(jié)構(gòu)被進(jìn)一步破壞,骨架結(jié)構(gòu)失去支撐荷載的能力,土體被壓實(shí),土體抵抗變形的能力越來越強(qiáng)。
對(duì)于同一壓實(shí)度的試樣,在同一荷載下,隨著含水率的增加,試樣的豎向應(yīng)變?cè)黾?,變形增加,這是由于土中水分增加會(huì)使粘粒表面水膜增厚,顆粒間引力減小,使得顆粒間膠結(jié)強(qiáng)度減弱,達(dá)到相同應(yīng)變所需的荷載減小。黃土的骨架結(jié)構(gòu)被破壞后,隨著豎向荷載的增加,內(nèi)部破壞更加嚴(yán)重,應(yīng)變?cè)龃?,壓縮變形越來越大。這表明在側(cè)限條件下,壓實(shí)黃土的壓縮變形會(huì)隨著含水率的增大而增大。
根據(jù)圖2~圖4,繪制同一含水率下,不同壓實(shí)度下3種壓實(shí)黃土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,由于篇幅限制,僅列出w=18%時(shí)曲線,如圖5所示。
對(duì)比同一土樣在不同壓實(shí)度下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,以西安Q3黃土為例,如圖2所示,結(jié)合圖5可知,對(duì)于同一含水率的試樣,隨著壓實(shí)度的增加,應(yīng)力-應(yīng)變曲線整體呈現(xiàn)出整體下移的趨勢(shì),在同一荷載作用下,高壓實(shí)度的土樣應(yīng)變較小,這說明初始孔隙比的大小直接影響壓實(shí)黃土的壓縮變形,隨著壓實(shí)度的增加,試樣內(nèi)部的顆粒逐漸密實(shí),顆粒之間的孔隙比隨之減小,顆粒之間的接觸,排列方式更加穩(wěn)定。并且在相同豎向荷載作用下,土體內(nèi)部顆粒之間的移動(dòng)與滑移作用受壓實(shí)度增加影響,顆粒移動(dòng)較小,變形更小。高壓實(shí)度的試樣骨架破壞,發(fā)生變形所需的荷載相較于低壓實(shí)度土樣更大,且高壓實(shí)度的試樣受含水率的影響較小,因而高壓實(shí)度試樣的壓縮特性更加穩(wěn)定。
結(jié)合圖5,通過對(duì)比西安與蘭州兩地的Q3壓實(shí)黃土試樣在側(cè)限條件下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,發(fā)現(xiàn)對(duì)于同一沉積時(shí)代,不同地區(qū)的壓實(shí)黃土變形特征不同。通過對(duì)比西安地區(qū)的Q2、Q3壓實(shí)黃土試樣在側(cè)限條件下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,發(fā)現(xiàn)不同沉積時(shí)代的壓實(shí)黃土的壓縮變形特征存在差異,由于Q2黃土位于Q3黃土下層的埋深黃土層,沉積時(shí)代更加久遠(yuǎn),這使得其初始結(jié)構(gòu)更加密實(shí)。而Q3黃土存在大孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)育,質(zhì)地疏松。重塑后在相同條件下Q2壓實(shí)黃土的密度大于Q3壓實(shí)黃土,孔隙比小于Q3壓實(shí)黃土,因此在進(jìn)行側(cè)限壓縮試驗(yàn)時(shí),同一壓實(shí)度Q2黃土豎向變形更小。
2.3應(yīng)力-應(yīng)變曲線關(guān)系
土體的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系一直是土力學(xué)研究中的重要課題,由于土體本身的復(fù)雜性,受地域、形成時(shí)代等因素的影響,應(yīng)變-應(yīng)變關(guān)系很難確定。近年來,國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者在土的壓縮及變形特性等方面取得了顯著的進(jìn)展。
王麗琴等[25]在分析原狀黃土的壓縮曲線特性時(shí),通過CPE模型對(duì)原狀黃土側(cè)限條件下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線描述為
ε=n01-Aexp-αppaβ
(1)
式中Pa為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,kPa;n0為初始孔隙率;A為與壓縮階段有關(guān)的系數(shù),原位壓縮階段Agt;1,再壓縮階段A=1;α,β為與土性及含水率有關(guān)的系數(shù),α,β均大于0。
根據(jù)式(1),對(duì)3種土樣在不同條件下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線進(jìn)行擬合,式(1)中的各參數(shù)及相關(guān)系數(shù)見表2~表4,擬合結(jié)果如圖6~圖8所示,擬合曲線基本穿過實(shí)測(cè)點(diǎn),擬合效果十分好。
從表2~表4可以看出,采用上述方法對(duì)側(cè)限條件下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線進(jìn)行擬合,相關(guān)系數(shù)均在0.90以上,并且西安Q3黃土與蘭州Q3黃土的擬合參數(shù)A、β相同,即A=1.02,β=0.41;而西安Q2黃土的擬合參數(shù)A=1.02,β=0.46。同一沉積時(shí)代壓實(shí)黃土的參數(shù)A和β相同,α則與壓實(shí)黃土的含水率,壓實(shí)度相關(guān),α隨含水率的增大而增大,隨壓實(shí)度的增大而減小。
通過觀察α隨壓實(shí)度與含水率的變化,發(fā)現(xiàn)α與含水率w呈正相關(guān)關(guān)系,與壓實(shí)度的平方K2呈負(fù)相關(guān),繪制α-w/K2的曲線如圖9所示。西安Q3黃土與蘭州Q3黃土的關(guān)系曲線基本重合,所以根據(jù)形成年代,將這2種不同地區(qū),同一沉積時(shí)代的壓實(shí)黃土進(jìn)行歸一處理,并進(jìn)行擬合,可以看出α與w/K2呈線性關(guān)系。具體關(guān)系分別為西安、蘭州Q3黃土
α=0.43wK2
(2)
西安Q2黃土
α=0.02wK2
(3)
將式(2)、式(3)代入式(1),得到不同沉積時(shí)代壓實(shí)黃土在側(cè)限條件下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線表達(dá)式為
西安、蘭州Q3黃土
ε=n01-1.02exp-0.43wK2ppa0.41
(4)
西安Q2黃土
ε=n01-1.02exp-0.02wK2ppa0.46
(5)
通過以上分析可知,壓實(shí)黃土在側(cè)限條件下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線可以根據(jù)沉積時(shí)代劃分,根據(jù)土體的含水率w、壓實(shí)度K、孔隙率n0可計(jì)算出不同豎向壓應(yīng)力下的豎向應(yīng)變,從而得到應(yīng)力-應(yīng)變曲線,為工程上計(jì)算地基沉降量提供了新思路。
3壓縮指標(biāo)的應(yīng)用
3.1側(cè)限壓縮模量Es
當(dāng)豎向荷載p→+∞時(shí),→n0,即在側(cè)限條件下應(yīng)變不能無(wú)限增長(zhǎng),最大值為孔隙率n0。且側(cè)限壓縮模量Es=dpdε,對(duì)式(1)求一階導(dǎo)數(shù)得
Es=dpdε=pan0αβppa
1-βexpαppaβ
(6)
3.2切線壓縮系數(shù)av
在式(6)的基礎(chǔ)上,結(jié)合式(7)
Es=1+e0av
(7)
式中e0為初始孔隙比,e0=n01-n0
切線壓縮系數(shù)為av=1+e0Es=e0αβpappaβ-1exp-αppaβ
(8)
3.3e-lgp曲線
土樣的側(cè)限固縮試驗(yàn)本質(zhì)上是指土在豎向壓力和側(cè)限約束的作用下,土顆粒本身不被壓縮,土體孔隙被壓縮,進(jìn)而使土體孔隙中的氣體與水被排除,土體孔隙的體積不斷減小[26-27],根據(jù)這一關(guān)系,可得到式(9)
h01+e0=h0-Δh1+e
(9)
式中h0為側(cè)限條件下,施加豎向荷載前試樣的初始高度,mm;Δh為施加豎向荷載后試樣的壓縮變形量,mm;e為施加豎向荷載后,試樣穩(wěn)定后的孔隙比。
因此,式(9)可轉(zhuǎn)化為式(10)
1+e1+e0=h0-Δhh0=1-Δhh0=1-ε
(10)
ε=e0-e1+e0
(11)
將式(11)與n0=e01+e0代入式(1)可得
e=e0Aexp[-α(p/pa)β]
(12)
4文獻(xiàn)實(shí)例驗(yàn)證
胡長(zhǎng)明等給出了山西省呂梁地區(qū)Q3黃土的相關(guān)指標(biāo)以及不同壓實(shí)度下的豎向應(yīng)變隨壓力的變化關(guān)系,加壓等級(jí)分別為50,100,200,300,400,600,800,1 000,1 200 kPa[21]。土樣相關(guān)物理指標(biāo)見表5。
擊實(shí)指標(biāo)是通過重型擊實(shí)試驗(yàn)得到的,取ρdmax=1.85 g/cm3,不同壓實(shí)度下的黃土呂梁Q3黃土在各級(jí)壓力下的豎向應(yīng)變,記為實(shí)測(cè)值,將式(4)計(jì)算出的應(yīng)變值記為計(jì)算值,具體見表6。
相關(guān)系數(shù)和平均絕對(duì)百分比誤差是2種不同的評(píng)估模型預(yù)測(cè)能力的方法,R2側(cè)重模型整體對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)能力,而MAPE更側(cè)重是實(shí)際值與預(yù)測(cè)值單個(gè)數(shù)值之間的準(zhǔn)確性,從表6可以看出,R2均大于0.97,且MAPE均小于10,一般認(rèn)為MAPE值小于10%的模型是比較好的預(yù)測(cè)模型。說明了這一方法描述Q3黃土應(yīng)力-應(yīng)變曲線具有可行性?;诖?,可以嘗試在高填方工程與地基工程中可以對(duì)地基沉降進(jìn)行計(jì)算。
未找到可用于驗(yàn)證Q2壓實(shí)黃土側(cè)限條件下應(yīng)力-應(yīng)變曲線與壓縮模量、壓縮系數(shù)的相關(guān)文獻(xiàn)。試樣所用黃土與驗(yàn)證Q3壓實(shí)黃土數(shù)量有限,需在今后的研究中不斷驗(yàn)證。
5結(jié)論
1)側(cè)限條件下,不同場(chǎng)地、不同沉積時(shí)代的壓實(shí)黃土試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線變化規(guī)律相同:隨著豎向荷載的逐級(jí)增加,應(yīng)變隨之增加,土體抵抗變形的能力越來越強(qiáng)。
2)隨著壓實(shí)度的增加,試樣抵抗變形的能力越來越強(qiáng);而隨著含水率的增加,土體抵抗變形的能力被削弱,這是由于水會(huì)破壞土體內(nèi)部架空顆粒結(jié)構(gòu),使得試樣骨架結(jié)構(gòu)支撐荷載的能力減弱。
3)對(duì)側(cè)限條件下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線分析得到不同沉積時(shí)代下,壓實(shí)黃土在側(cè)限條件下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線表達(dá)式,并將其應(yīng)用于文獻(xiàn)中的壓實(shí)黃土,驗(yàn)證了此關(guān)系的準(zhǔn)確性與適用性。
參考文獻(xiàn)(References):
[1]LIU K,YE W J,JING H J.Multiscale evaluation of the structural characteristics of intact loess subjected to wet/dry cycles[J].Natural Hazards,2024,120(2):1215-1240.
[2]孔洋,阮懷寧,黃雪峰.黃土丘陵溝壑區(qū)壓實(shí)回填土地基沉降計(jì)算方法[J].巖土工程學(xué)報(bào),2018,40(S1):218-223.
KONG Yang,RUAN Huaining,HUANG Xuefeng.Me-thod for calculating foundation settlement of compacted backfill in hilly and gully regions of loess[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2018,40(S1):218-223.
[3]劉知,安明曉,楊文府,等.晉西黃土崩塌類型及其變形-破壞機(jī)制[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào),2023,43(6):1176-1185.
LIU Zhi,AN Mingxiao,YANG Wenfu,et al.Type of collapse and its deformation-failure mechanism in western Shanxi Province[J].Journal of Xi’an University of Science and Technology,2023,43(6):1176-1185.
[4]楊三強(qiáng),段士超,劉娜,等.黃土質(zhì)高填方路基沉降變形與預(yù)測(cè)[J].河北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2020,40(5):454-460.
YANG Sanqiang,DUAN Shichao,LIU Na,et al.Settlement deformation and prediction of loess high fill subgrade[J].Journal of Hebei University(Natural Science Edition),2020,40(5):454-460.
[5]楊勇,范文,徐張建,等.大厚度夯填黃土場(chǎng)地工后變形特性研究[J].土木工程學(xué)報(bào),2023,56(6):117-125.
YANG Yong,F(xiàn)AN Wen,XU Zhangjian,et al.Study on post-construction deformation characteristics of thick compacted loess site[J].China Civil Engineering Journal,2023,56(6):117-125.
[6]李旭東,黃雪峰.延安新區(qū)壓實(shí)Q2黃土增濕變形特性研究[J].河北工程大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2017,34(1): 48-52.
LI Xudong,HUANG Xuefeng.Study of the moistening deformation characteristics of compacted Q2 loess in Yan’an New District[J].Journal of Hebei University of Engineering(Natural Science Edition),2017,34(1):48-52.
[7]王博,黃雪峰,邱明明,等.延安新區(qū)黃土壓縮特性試驗(yàn)研究[J].水資源與水工程學(xué)報(bào),2022,33(2):186-193.
WANG Bo,HUANG Xuefeng,QIU Mingming,et al.Experimental research on compression characteristics of loess in Yan’an New Area[J].Journal of Water Resour-ces and Water Engineering,2022,33(2):186-193.
[8]謝星,趙法鎖,王艷婷,等.結(jié)構(gòu)性Q2,Q3黃土的力學(xué)特性對(duì)比研究[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào),2006,26(4):451-455.
XIE Xing,ZHAO Fasuo,WANG Yanting,et al.Comparative study mechanical features of structural Q2 and Q3 loess[J].Journal of Xi’an University of Science and Technology,2006,26(4):451-455.
[9]陳存禮,蔣雪,楊炯,等.結(jié)構(gòu)性對(duì)壓實(shí)黃土側(cè)限壓縮特性的影響[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2014,33(9):1939-1944.
CHEN Cunli,JIANG Xue,YANG Jiong,et al.Influence of soil structure on confined compression behaviour of compacted loess[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2014,33(9):1939-1944.
[10]陳開圣,沙愛民.壓實(shí)黃土變形特性[J].巖土力學(xué),2010,31(4):1023-1029.
CHEN Kaisheng,SHA Aimin.Study of deformation characteristic of compacted loess[J].Rock and Soil Mechanics,2010,31(4):1023-1029.
[11]唐斌鵬.酸性物質(zhì)對(duì)黃土壓縮變形特性的影響[J].企業(yè)科技與發(fā)展,2023(7):47-50.
TANG Binpeng.Effect of acidic substances on compression deformation characteristics of loess[J].Sci-Tech amp; Development of Enterprise,2023(7):47-50.
[12]李宏儒,趙偉龍,楠鐘凱.路液(RoadyesTM)固化劑改性黃土的力學(xué)特性研究[J].巖土工程學(xué)報(bào),2023,45(S1):106-109.
LI Hongru,ZHAO Weilong,NAN Zhongkai.Mechanical properties of RoadyesTM-modified loess[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2023,45(S1):106-109.
[13]簡(jiǎn)濤,李喜安,王力,等.顆粒組構(gòu)對(duì)黃土壓縮特性及其粒間狀態(tài)的影響[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2018,18(30):212-219.
JIAN Tao,LI Xi’an,WANG Li,et al.Influence of particle composition on compressibility and intergranular state of loess[J].Science Technology and Engineering,2018,18(30):212-219.
[14]劉保健,張軍麗.土工壓縮試驗(yàn)成果分析方法與應(yīng)用[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào),1999,12(1):37-41.
LIU Baojian,ZHANG Junlli.Application and analyzing method for soil compression test[J].China Journal of Highway and Transport,1999,12(1):37-41.
[15]PESTANA J M,WHITTLE A J.Compression model for cohesionless soils[J].Geotechnique,1995,45(45):611-631.
[16]LIU M C,GAO Y F.Constitutive modeling of coarse-grained materials incorporating the effect of particle breakage on critical state behavior in a framework of generalized plasticity[J].International Journal of Geomechanics,2016,5(17):4016113.
[17]TENGATTINI A,DAS A,EINAV I.A constitutive modelling framework predicting critical state in sand undergoing crushing and dilation[J].Geotechnique,2016,66(9):695-710.
[18]ZHANG Z R,F(xiàn)U Y K,ZHOU A N,et al.Coupled hydromechanical behavior of compacted loess during isotropic compression[J].International Journal of Geomechanics.2023,23(10):04023167.
[19]楊晶,白曉紅.壓實(shí)黃土非線性壓縮應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系在地基沉降計(jì)算中的應(yīng)用[J].巖土力學(xué),2015,36(4):1002-1008.
YANG Jing,BAI Xiaohong.Nonlinear compression stress-strain relationship of compacted loess and its application to calculation of foundation settlement[J].Rock and Soil Mechanics,2015,36(4):1002-1008.
[20]楊晶.黃土狀壓實(shí)填土壓縮和強(qiáng)度特性研究[D].太原:太原理工大學(xué),2014.
YANG Jing.Study on compression and strength properties of compacted loess-like backfill[D].Taiyuan:Taiyuan University of Technology,2014.
[21]胡長(zhǎng)明,梅源,王雪艷.呂梁地區(qū)壓實(shí)馬蘭黃土變形與抗剪強(qiáng)度特性[J].工程力學(xué),2013,30(10):108-114.
HU Changming,MEI Yuan,WANG Xueyan.Deformation and shearing strength characteristic of compacted Malan Loess in Lvliang region[J].Engineering Mechanics,2013,30(10):108-114.
[22]黃雪峰,孔洋,李旭東,等.壓實(shí)黃土變形特性研究與應(yīng)用[J].巖土力學(xué),2014,35(S2):37-44.
HUANG Xuefeng,KONG Yang,LI Xudong,et al.Study and application of deformation characteristics of compacted loess[J].Rock and Soil Mechanics,2014,35(S2):37-44.
[23]喬俊義,郝明月,孔洋.延安地區(qū)壓實(shí)Q2、Q3黃土變形特性分析[J].蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào),2020,46(4):143-149.
QIAO Junyi,HAO Mingyue,KONG Yang.Study of deformation characteristics of compacted Q2、Q3 loess in Yan’an region[J].Journal of Lanzhou University of Technology,2020,46(4):143-149.
[24]孔洋,黃雪峰,阮懷寧,等.基于Gunary模型的側(cè)限條件下土體結(jié)構(gòu)性參數(shù)研究[J].防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào),2016,36(4):520-527.
KONG Yang,HUANG Xuefeng,RUAN Huaining,et al.Study on soil structural parameters under confined compression condition based on Gunary model[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2016,36(4):520-527.
[25]王麗琴,邵生俊,王帥,等.原狀黃土的壓縮曲線特性[J].巖土力學(xué),2019,40(3):1076-1084.
WANG Liqin,SHAO Shengjun,WANG Shuai,et al.Compression curve characteristic of undisturbed loess[J].Rock and Soil Mechanics,2019,40(3):1076-1084.
[26]李鵬.地基土側(cè)限固結(jié)壓縮模型及其沉降分析方法[D].長(zhǎng)沙:湖南大學(xué),2019.
LI Peng.Lateral compression model of foundation soil and its settlement analysis method[D].Changsha:Hunan University,2019.
[27]XU Y L,GUO P P,WANG Y X,et al.Modelling the triaxial compression behavior of loess using the disturbed state concept[J].Advances in Civil Engineering,2021,Article ID:6638715.
(責(zé)任編輯:劉潔)
收稿日期:2024-06-29
基金項(xiàng)目:中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司科技研究開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(N2023G077);陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目(2022JM-216)
第一作者:亢佳玉,女,山西臨汾人,碩士研究生,E-mail:3274574131@qq.com
通信作者:王麗琴,女,山西平遙人,博士,副教授,E-mail:wanglq@xaut.edu.cn