南寧河流沖積相粘性土熱力學性質(zhì)研究.pdf

1、溫度對粘性土力學特性的影響是當今巖土工程領(lǐng)域中一個重大課題，本文以廣西南寧典型河流沖積相粘性土為研究對象，通過大量的室內(nèi)試驗，研究了粘性土的部分熱力學性質(zhì)及影響機理。本文主要做了以下幾點工作：
　　 1．通過三軸剪切試驗研究了不同初始含水量抗剪強度的溫度效應，試樣在剪切過程中都表現(xiàn)出應變硬化和剪縮特點，低含水量試樣粘聚力隨著溫度養(yǎng)護時間的增加不斷降低，在60℃時粘聚力在養(yǎng)護120h后達到穩(wěn)定；摩擦角隨養(yǎng)護時間的增加不斷增大，并且

2、在養(yǎng)護120h后也可達到基本穩(wěn)定；高含水量試樣粘聚力隨養(yǎng)護時間的增加出現(xiàn)增大，并且在溫度養(yǎng)護120h后可達到穩(wěn)定，同等養(yǎng)護時間溫度越高增長越明顯；內(nèi)摩擦角隨養(yǎng)護時間的增加出現(xiàn)一定波動，變化規(guī)律不是太明顯，但總體有下降趨勢。粘性土在常溫養(yǎng)護下礦物成分改變量是微小的，即通過礦物晶格的結(jié)構(gòu)變化影響土的性質(zhì)貢獻率很小，可忽略。
　　 2．圍繞土水特征曲線的初始含水量、初始干密度、加壓前是否進行溫度養(yǎng)護這三個影響因素進行壓力板試驗。試驗結(jié)

3、果表明：隨著含水量的減小，基質(zhì)吸力急劇增大，并且在含水量ω＜28％時，變化的特別顯著，當含水量ω＞28％時，基質(zhì)吸力隨含水量變化幅度很小，土的非飽和土性質(zhì)發(fā)生弱化；隨著基質(zhì)吸力的增大，含水量也逐漸趨于穩(wěn)定值；初始含水量越大，進氣值越大；不同曲線斜率差別不大，即儲水系數(shù)變化不大；隨著含水量的增大，不同初始含水量對土水特征曲線的影響也會減弱。干密度越大，進氣值也越高，曲線的斜率也越小，排水更加困難；基質(zhì)吸力在含水量較高時對干密度的變化不敏感

4、，而在含水量較低時對干密度的變化較敏感，這些結(jié)論和其他學者所得到的干密度對土水特征曲線影響不重要的結(jié)論并不一致。加壓前不同溫度養(yǎng)護對土水特征曲線的影響總體較小，但仍存在一些不可忽略的變化，可認為加壓前的60℃養(yǎng)護對土中有機質(zhì)或者礦物質(zhì)以及土體結(jié)構(gòu)的影響較小。最后結(jié)合溫度對基質(zhì)吸力、滲透吸力、粘滯效應、土－水界面的影響從理論上對抗剪強度的溫度效應機理進行微觀解釋。
　　 3．通過高端熱特性分析儀KD2，進行一系列的試驗對比不同含水

5、量、不同干密度、不同溫度、不同溫度養(yǎng)護時間及冷卻后試樣的熱物理指標，分析粘性土熱物理指標的影響因素和變化規(guī)律，并對各種因素的影響機理做出合理解釋。試驗結(jié)果表明：粘性土的熱導率、比熱隨含水量的增加而升高，熱擴散率隨含水量的增長變化曲線存在峰值，熱阻率的變化在含水量較小范圍內(nèi)比在含水量較大范圍內(nèi)變化要更為顯著；粘性土的熱導率、熱擴散率隨干密度的增加而升高，在干密度較小含水量較高時比熱隨干密度的增大沒有明顯變化；粘性土的熱導率隨溫度升高而明顯

6、升高，試樣含水量越低，增長幅度越明顯。隨著溫度升高，不同初始含水量的熱導率差別越來越小，在接近80℃時最終趨于一穩(wěn)定值(約為1.44W/m·K)，其增長曲線符合指數(shù)增長規(guī)律，相關(guān)性較顯著，可認為此時含水量對熱導率的影響較小。不同初始含水量在大約5。C～22。C范圍內(nèi)熱導率隨溫度沒有明顯變化，此時可不考慮熱導率的溫度效應，但在高溫情況下，土壤熱導率會發(fā)生很大變化，此時應考慮溫度對水汽潛熱傳熱的影響，否則會帶來較大誤差。而粘性土的比熱隨溫度

7、的變化規(guī)律較復雜；粘性土的熱物理指標在溫度養(yǎng)護48h后隨養(yǎng)護時間的變化不大，并且不論試樣在40℃或者60℃養(yǎng)護不同時間再冷卻到室溫后，其熱物理指標又再度回到室溫態(tài)的數(shù)值，此時可認為60℃時養(yǎng)護48h后水汽潛熱傳輸對熱導率的影響已達極值。比熱在20℃和40℃差別很小，而當溫度為60℃時要明顯增高。
　　 4．通過液、塑限聯(lián)合測定法初探粘性土界限含水量的溫度效應，結(jié)果表明當溫度升至80℃，液限、塑限、塑性指數(shù)均出現(xiàn)一定幅度減小，并從