非饱和黄土固水气三相赋存特性与动力响应机制

来源 :中国地震局兰州地震研究所 | 被引量 : 2次 | 上传用户:tanmite123
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黄土动力响应是黄土地震工程研究的核心问题。天然黄土属于典型的多相散粒体,生成条件使固体颗粒形成特有的骨架结构,水气两相则填充于其间孔隙。固水气三相介质的赋存特性是刻画天然黄土力学性态的根本性要素。外部荷载作用下,天然黄土的力学响应必定是以固水气三相介质耦合作用为基础,基于固水气三相介质赋存特性研究其动力响应机制符合基本科学事实。然而,由三相响应特性入手,研究天然黄土动力特性目前仍未予以足够重视,固水气三相介质赋存特性对黄土动力响应性态的控制作用和力学机制尚不明确,尤其是对非饱和与饱和状态下黄土动力响应不同现象的力学机制的统一理解鲜有提及。为解析固水气三相赋存特性对天然黄土动力响应性态不同外在形式的决定性影响,论文首先基于渗透试验和粒度分析测试,开展了黄土水气两相渗透性的研究;其次,结合静、动三轴试验、土水特征曲线测试,研究了固水气三相介质在黄土动力响应过程中的控制性作用;最后,通过分析固水气三相赋存特性引起的非饱和与饱和条件下黄土动力响应性态的不同特征,建立了统一的力学作用机制。论文取得的创新性结果汇总如下。(1)利用理想材料体,获得了土体砂粒、粉粒和粘粒含量定量影响其渗透性的第一手试验数据;借助土体渗透性的物理过程分析,构建了能够表征土体渗透通道关键特征的理论参量;应用渗透通道特征参量与渗透系数的统计关系以及量纲分析,建立了综合考虑土体孔隙比、粒径、级配和流体动力黏滞系数等关键参量的渗透性估算模型。(2)基于静、动加载下的黄土变形过程分析,提出了固相介质的受载变形和水气两相介质的低渗透性是超孔隙压力增长的决定性因素;结合固水气三相物理赋存特性,给出了反映土体固相、水气两相介质响应动荷载作用的主动性、被动性差异特征的试验证据,指出了固气、固水、固水气三类复合介质响应外部荷载时固水气三相各自的表现形式和基本特征。(3)由黄土抗剪强度以及外部加载时的变形和孔隙压力等试验数据的综合分析,得出了决定黄土动力响应性态的两个控制性要素及其作用过程;通过饱和与非饱和黄土动力响应性态的对比研究,厘定了统合分析天然黄土动力响应性态的可能性,建立了描述固水气三相赋存特性控制下不同黄土动力响应特征的统一力学作用机制。
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