基于冻融作用的非饱和硫酸盐渍土-结构界面力学行为研究

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我国盐渍土分布广泛,特别是我国西北地区不仅盐渍土分布广而且气候复杂多变,冻融作用明显,冻融作为一种风化过程,不断的改变着土与结构的相互作用。为了了解冻融作用对盐渍土-结构接触面力学行为的影响,本文采用扫描电镜观察与分析对非饱和硫酸盐渍土的微观结构进行了研究。并通过室内直剪试验,对非饱和硫酸盐渍土-混凝土块和钢块接触面进行了冻融循环次数、含盐量等相关影响因素的研究。主要研究内容和结论包括以下几点:(1)对不同含盐量硫酸盐渍土进行扫描电镜观察与分析,发现土颗粒孔隙直径随着含盐量的增大,大体呈现先减小后增大的趋势,含盐量3%的硫酸盐渍土体的孔隙直径最小;土粒间孔隙数量随着含盐量的增大,大体呈现先增大后减小的趋势,含盐量3%的硫酸盐渍土体的孔隙数量最多。(2)在不含盐的情况下,随着冻融循环次数的增加,硫酸盐渍土-混凝土及钢接触面的界面内摩擦角和界面黏聚力都呈现出先增大后减小的规律。在含盐的情况下,随着冻融循环次数的增加,两种接触面处的界面内摩擦角均呈现先增大后减小再增大的趋势,而界面黏聚力均呈下降的趋势。在冻融作用下,随着含盐量的增大,硫酸盐渍土-混凝土及钢接触面处的界面内摩擦角均呈现先减小后增大再减小的规律。在冻融作用下,随着含盐量的增大,硫酸盐渍土-混凝土及钢接触面处的黏聚力均呈现先减小后增大的规律。(3)在整个直接剪切试验过程中,硫酸盐渍土-混凝土接触面剪应力-剪切位移曲线可分为四个阶段依次为:线弹性、强化、软化及流动阶段;硫酸盐渍土-钢块接触面剪应力-剪切位移曲线大体分为三个阶段依次为:线弹性、强化、流动阶段,没有出现软化阶段。(4)对于硫酸盐渍土-混凝土界面,在相同冻融次数下,接触面抗剪强度随着含盐量的增大,大体呈现先减小后增大再基本不变的规律。对于硫酸盐渍土-钢块界面,在相同冻融次数下,接触面抗剪强度随着含盐量的增大,大体呈现先减小后增大再减小的规律。硫酸盐渍土-混凝土及钢界面,不含盐的情况下,接触面抗剪强度随着冻融循环次数的增加,呈现先增大后减小的规律;含盐的情况下,接触面抗剪强度随着冻融循环次数的增大,呈现先增大后减小再增大的规律。(5)不同含盐量下,随着冻融循环次数增加,硫酸盐渍土界面处的基质吸力均呈现逐渐减小的规律。在不同冻融次数下,随着硫酸盐渍土含盐量的增大,硫酸盐渍土接触面处的基质吸力呈现先减小后增大的规律。硫酸盐渍土-混凝土及钢界面处的抗剪强度的大小与硫酸盐渍土界面处的基质吸力作用面积成正比。(6)通过引用不同本构模型,对硫酸盐渍土-混凝土、钢界面剪应力-剪切位移的适用性进行评价。发现对硫酸盐渍土-混凝土界面剪应力-剪切位移拟合较好的有指数曲线模型及统计损伤模型;对硫酸盐渍土-钢块界面剪应力-剪切位移拟合较好的有指数曲线模型、统计损伤模型及龚帕兹模型。
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