关键词:
古土壤
X射线衍射
扫描电子显微镜
构度指标
复合幂-指数
钙质结核
摘要:
随着中国西部大开发战略和“一带一路”重大工程建设的不断开展,建设规模向着更高、更大、更深的方向发展,黄土地区越来越多的工程建设以及大量的黄土滑坡灾害都触及到了古土壤层,以往的研究多以黄土为主要研究对象,对古土壤的研究相对较少。在西安地区,位于马兰黄土与离石黄土之间的Q3古土壤相对其它层古土壤有层厚、发育完整、埋深浅和触及工程多等特点。故本文以西安不同场地的Q3古土壤为主要研究对象,通过相关试验,对Q3古土壤的物理特性、微观特性、初始结构性及工程力学特性进行定性、定量的研究分析,得到以下相关结论:(1)通过常规土工试验得到不同场地Q3古土壤的各类物性指标;利用粒径级配曲线,判断古土壤为级配不良土体;并且得到Q3古土壤的渗透性能较弱,发挥隔水作用;利用自由膨胀率结合矿物成分判断Q3古土壤基本不具有膨胀性。(2)利用X射线衍射测试技术,测定Q3古土壤的矿物组成成分,其中伊利石百分含量约为56.6%,石英29.3%,斜长石6.3%,另外方解石、绿泥石及钾长石总含量仅占到矿物总量的5.0%;通过扫描电镜试验、IPP图像处理软件并结合EDS能谱仪,定性分析其颗粒接触方式及孔隙分布状况,定量描述孔裂隙数量、孔隙面积及元素分布。(3)通过对不同场地Q3古土壤进行无侧限抗压强度试验,利用相应公式得到Q3古土壤的构度指标,并利用复合幂-指数(CPE)模型对无侧限抗压强度与含水率之间的关系进行拟合,同时分析无侧限抗压强度,扰动、浸水灵敏度及构度指标随含水率的变化规律,最后引入物理综合量建立物性指标与构度指标之间的定量关系,并对该方法的计算值与试验实测值进行对比,发现两者基本接近,表明利用物性指标可以较准确的计算出Q3古土壤的构度指标。(4)通过侧限压缩试验对不同场地Q3古土壤(原状、重塑样)的压缩变形特性展开研究,得到相应关系曲线及压缩屈服应力等,进一步建立构度指标与压缩屈服应力之间的联系,并得到物性指标与压缩屈服应力之间的定量关系;通过归一化方法对同一时期、不同场地的Q3古土壤(原状、重塑样)的压缩曲线进行归一化处理,运用CPE模型给出相应曲线的归一化表达式;针对Q3古土壤提出考虑结构性的变形评价修正方法,并通过实例加以验证,进一步补充完善对古土壤层压缩变形特性的研究。(5)通过直剪试验研究Q3古土壤(原状、重塑样)的剪切变形特性,并利用复合幂-指数(CPE)模型等函数拟合含水率及干密度与强度指标之间的关系,得到相应的表达式,进而推导出Q3古土壤在已知含水率及干密度的情况下计算其抗剪强度的表达式;并通过控制钙质结核含量研究其对土体抗剪强度特性产生的影响规律。