冻融作用下黄土盐蚀型崩塌灾害发生机理研究

第1章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 外研究现状 2
1.2.1 冻结条件下水热耦合迁移研究 2
1.2.2 冻结条件下水热盐耦合迁移研究 3
1.2.3 土体冻融过程强度劣化研究 4
1.2.4 土体冻融过程渗透特性研究 7
1.2.5 黄土冻融过程微细观试验研究 10
1.2.6 黄土崩塌研究 17
1.2.7 研究现状总结 17
1.3 主要研究内容及研究思路 18
1.3.1 研究内容 18
1.3.2 研究思路 20
第2章 黄土边坡盐蚀剥落病害特征调查及测试分析 21
2.1 黄土边坡盐蚀剥落病害调查 21
2.2 按剥落形态分类 23
2.2.1 条带状盐蚀剥落 23
2.2.2 片块状盐蚀剥落 24
2.2.3 凹腔状盐蚀剥落 24
2.3 按黄土边坡地层岩性分类 25
2.3.1 马兰黄土边坡盐蚀剥落 25
2.3.2 离石黄土边坡盐蚀剥落 25
2.3.3 古土壤层盐蚀剥落 26
2.3.4 人工夯实黄土盐蚀剥落 26
2.4 盐蚀黄土水盐迁移特征分析 27
2.4.1 试验方法 27
2.4.2 试验结果分析 28
2.5 盐蚀黄土微观结构测试分析 30
2.5.1 试验方法 30
2.5.2 微观结构定性分析 31
2.5.3 微观结构定量分析 31
2.6 小结 33
第3章 单向冻结过程Na2SO4盐渍黄土水盐耦合迁移规律研究 35
3.1 试验材料 35
3.2 试样制备 37
3.2.1 导热系数试验 37
3.2.2 冻结温度试验 37
3.2.3 水盐迁移试验 37
3.3 试验方案 38
3.3.1 导热系数试验 38
3.3.2 冻结温度试验 42
3.3.3 水盐迁移试验 42
3.4 试验结果与分析 44
3.4.1 导热系数试验结果与分析 44
3.4.2 冻结温度试验结果与分析 46
3.4.3 总吸力分析 47
3.4.4 水盐迁移试验结果与分析 49
3.5 单向冻结过程水盐迁移数值计算研究 59
3.5.1 理论模型 59
3.5.2 模型数值化 63
3.5.3 模型验证 69
3.5.4 数值计算结果分析 72
3.6 小结 75
第4章 Na2SO4盐渍原状黄土冻融过程强度劣化特性试验研究 77
4.1 试验材料与试样制备 77
4.1.1 试验材料 77
4.1.2 浸润法制样及效果验证 77
4.2 试验方案 80
4.2.1 冻融循环试验 80
4.2.2 三轴剪切试验 81
4.2.3 扫描电镜试验 82
4.2.4 细观CT扫描试验 83
4.2.5 核磁共振扫描试验 84
4.3 试验结果与分析 88
4.3.1 表观特征 88
4.3.2 三轴剪切试验结果分析 90
4.3.3 SEM微观结构分析 101
4.3.4 CT扫描试验结果分析 106
4.3.5 核磁共振试验结果分析 112
4.4 讨论 121
4.4.1 黏聚力损伤变量C与CT数损伤变量DME 121
4.4.2 黏聚力损伤变量C与孔隙率损伤变量Dn 122
4.5 小结 122
第5章 冻融循环作用下Na2SO4盐渍原状黄土渗透特性试验研究 124
5.1 试验材料与试样制备 124
5.2 试验方案 124
5.2.1 冻融循环试验 124
5.2.2 CT扫描试验与三维重构 125
5.2.3 渗透试验 128
5.3 试验结果与分析 130
5.3.1 CT数分析 132
5.3.2 CT图像定量分析 133
5.3.3 CT图像三维重构试验结果分析 135
5.3.4 三轴渗透试验结果分析 139
5.4 讨论 148
5.4.1 三维重构孔隙率与渗透孔隙率 148
5.4.2 三维重构孔隙率与渗透系数相关性分析 149
5.4.3 黄土体渗透特性与结构性 150
5.5 小结 150
第6章 冻融循环作用下黄土盐蚀型崩塌数值计算及评估方法研究 152
6.1 冻融循环作用下黄土盐蚀型崩塌有限差分数值计算分析 152
6.1.1 有限差分数值计算程序简介 152
6.1.2 本构模型 153
6.1.3 数值计算网格模型 154
6.1.4 边界条件及数值计算参数 155
6.1.5 数值计算结果分析 156
6.2 冻融循环作用下黄土盐蚀型崩塌离散元数值计算 166
6.2.1 离散元数值计算程序简介 167
6.2.2 拉裂-坠落式崩塌 169
6.2.3 拉裂-滑移式崩塌 172
6.2.4 拉裂-倾倒式崩塌 176
6.3 冻融循环作用下黄土盐蚀型崩塌预测判据 179
6.3.1 黄土垂直裂隙 深度 179
6.3.2 拉裂-坠落盐蚀型崩塌预测判据 182
6.3.3 拉裂-滑移盐蚀型崩塌预测判据 184
6.3.4 拉裂-倾倒盐蚀型崩塌预测判据 187
6.4 冻融循环作用下黄土边坡盐蚀型崩塌致灾范围及破坏力 189
6.4.1 拉裂-坠落盐蚀型崩塌致灾范围及破坏力 189
6.4.2 拉裂-滑移盐蚀型崩塌致灾范围及破坏力 189
6.4.3 拉裂-倾倒盐蚀型崩塌致灾范围及破坏力 191
6.5 小结 193
第7章 总结与展望 195
7.1 主要结论 195
7.1.1 黄土边坡盐蚀剥落病害特征调查及测试分析 195
7.1.2 单向冻结过程Na2SO4盐渍黄土水盐迁移规律研究 195
7.1.3 Na2SO4盐渍原状Q3黄土冻融过程强度劣化特性试验研究 196
7.1.4 冻融循环作用下Na2SO4盐渍原状Q3黄土渗透特性试验研究 197
7.1.5 冻融循环作用下黄土盐蚀型崩塌数值计算及评估方法研究 197
7.2 展望 198
参考文献 200