硫酸钠浓度对黄土强度影响的试验研究

黄土中含有大量的Na+、Ca2+、CI-、SO₄2-等,水在进入黄土过程中这些离子会溶于水中被水带走,从而影响黄土的结构和强度,为了研究矿物离子浓度对黄土强度的影响,本文利用TFB-1型非饱和土应力-应变控制式三轴仪对甘肃黑方台重塑土样进行固结不排水（CU）试验。分别在100 kPa、200 kPa、300 kPa围压下对不同浓度硫酸钠溶液重塑的黄土试样进行CU试验,探讨了硫酸钠浓度对黄土强度的影响。试验结果表明:同一围压下,随硫酸钠浓度的增大,黄土峰值剪切强度和残余剪切强度先减小再增大;在干密度相同条件下,随硫酸钠浓度的增大,黄土的总内摩擦角、有效内摩擦角、总黏聚力先减小再增大,而黄土的有效黏聚力单调增大;硫酸钠浓度的增大会减小黏粒的双电层厚度,使黏粒之间的力增强,从而黏粒的颗粒集合体增多,进而影响黄土的强度。     

聚丙烯酸钠混合剂固化黄土特性研究

黄土堆积松散、湿陷性强且极易被侵蚀的特性导致滑坡、泥石流、水土流失等地质灾害在黄土高原频发。为了缓解当今黄土地区土壤侵蚀,减少地质灾害的发生,本文利用聚丙烯酸钠混合剂对甘肃董志塬重塑黄土进行固化改良。通过室内崩解试验、渗透试验、水流冲蚀试验和三轴压缩试验等手段分析了不同配比下固化黄土的特性差异。结果显示,在经聚丙烯酸钠混合剂固化后,土体抗剪切破坏和水稳性能随着配比的提高而增大。当土体经聚丙烯酸钠混合剂浓度为3.5%的试剂固化后,固化效果趋于最佳,相比未加固土抗崩解和抗冲蚀性能均大幅提高,7次干湿循环后崩解率仅为1.15%,土体剪切破坏时的主应力差在100kPa、200kPa、300kPa围压下分别提高25.29%、28.23%、22.48%,渗透系数降低217.41倍。结合三轴试验数据、粒径级配和场发射扫描电镜从微观结构进行现象和机理解释,聚丙烯酸钠混合剂可将土粒包裹黏接,使土体中细小颗粒团聚在一起,从而改变土体粒径级配,促使土体黏聚力及内摩擦角增大,增强土体抗剪切性能,提高土体水稳性。聚丙烯酸钠混合剂对黄土的固化改良效果良好,将为缓解黄土高原地区土壤侵蚀,防灾减灾提供新方法。     

地震作用下黄土斜坡失稳及运动过程的离散元模拟

在山区,地震诱发滑坡造成的人员伤亡往往占到地震总伤亡人数的一半以上,尤其是在黄土地区,由于地震造成的黄土滑坡具有运动距离远等特征,其灾难性更严重。针对地震诱发黄土斜坡的失稳峰值加速度、临界位移和运动距离等问题,本文利用离散元（PFC）方法,通过对室内三轴实验的应力-应变曲线进行标定和高精度航拍三维地形数据进行转化,以宁夏海口村黄土斜坡为研究对象,开展三维地震作用下斜坡失稳破坏和运动过程的数值模拟研究。通过监测不同位置在地震作用下的应力分量,计算监测点的p、q值并与室内三轴实验所得到p-q破坏线进行比较,获得斜坡破坏过程中的应力路径。结合颗粒的监测位移,获得斜坡失稳破坏的临界位移,得出该黄土斜坡失稳峰值加速度为0.135 g,临界位移为50 cm。同时根据不同地面环境条件,预测了在不同摩擦系数下斜坡失稳后的危害范围,为黄土地区边坡工程的抗震设计及防震减灾工作提供一种新的可视化方法。