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原文传递黄土各向异性及工程中抗拉本的应构关用系在隧道

论文题名：	黄土各向异性及工程中抗拉本的应构关用系在隧道
关键词：	黄土;各向异性;抗剪强度;抗拉强度;力学特性;隧道塌方
摘要：	通过室内应变控制式三轴仪，测定兰州榆中县王家沟隧道水平方向与竖直方向上的抗剪强度各向异性，用轴向压裂的方法测定水平与竖直方向上抗拉强度各向异性，测定兰州九州重塑黄土在不同干密度不同含水量下的抗剪、抗拉强度，测定王家沟隧道与定西北二十里铺隧道重塑黄土抗剪、抗拉强度。详细对比分析黄土抗剪各向异性以及抗拉强度各向异性，含水量、干密度、粘聚力、内摩擦角、孔隙比、饱和度等对黄土抗拉强度的影响，通过 TanleCuver3D三维数据处理软件，讨论含水量与干密度、粘聚力与内摩擦角、孔隙比与饱和度等双重因素共同作用下对黄土抗拉强度的影响，通过对轴向压裂法测定土体抗拉强度及试样破坏模式进行力学机理分析，讨论传统轴向压力法计算黄土抗拉强度公式的适用性，针对黄土遇水结构性减弱的特点，分析黄土隧道开挖过程中易发生塌方事故的作用机理，探讨黄土抗拉强度在隧道塌方事故中的应用。　　结果表明：竖直方向上的无侧限抗压强度、抗拉强度以及抗剪强度均高于水平方向上，且提出黄土各向异性强度简化几何模型。黄土竖直最大偏差应力与水平向最大偏差应力比在低围压下较大，达到1.35左右，高围压下比值较小，仅有1.03左右，说明黄土各向异性在低围压下受影响较大，且低围压时黄土偏差应力与应变关系表现为应变软化，高围压时表现为应变硬化规律，且水平向的塑性比竖直向的强。对传统E-P模型进行修正，将黄土试样剪切破坏过程分为线弹性阶段、弹塑性应力峰值阶段和塑性破坏阶段，得出适合于有峰值出现的应变软化的模型，由试验结果按照硬化规律可将黄土分为强硬化、硬化、弱硬化、弱软化、软化、强软化六类。黄土抗拉强度随含水量的增大而减小，且成二次多项式形式，随干密度的增大而增大，拉应力达到抗拉强度时的轴向贯入深度在相同干密度条件下随含水量的增大先减小后增大，在相同含水量条件下随干密度增大先增大后减小。无侧限抗压强度与抗拉强度呈线性关系，且相关性较好，拉压强度比的最大值出现在最优含水量和最大干密度附近，最小值则出现在干密度最小处，含水量最大处。粘聚力与内摩擦角正切值的乘积分别于抗拉强度与无侧限抗压强度呈幂指数关系。抗拉和无侧限抗压强度均随空隙比、饱和度的增大而减小，饱和度和孔隙比分别对抗拉和无侧限抗压强度呈二次多项式关系。　　将抗拉几何模型简化为三类，第一，高干密度低含水量；第二，含水量和干密度居中；第三，低干密度高含水量。综合影响因素对抗拉强度的结果表明：黄土抗拉强度受含水量、干密度双重因素影响，含水量对抗拉强度的影响程度高于干密度，受饱和度与空隙比双重因素影响，且饱和度对抗拉强度的影响高于空隙比，粘聚力和内摩擦角方面，抗拉强度受粘聚力影响较大，受内摩擦角影响较小。通过对抗拉强度力学特性分析可知，抗拉强度与粘聚力及无侧限抗压强度之间存在线性关系，由试验结果验证可知，无侧限抗压强度与抗拉强度之比接近13.8，抗拉强度与粘聚力之比接近0.22。隧道塌方分为浅埋整体塌方和深埋局部塌方，前者满足摩尔-库伦理论或广义摩尔-库伦理论，即塌方由抗剪强度不足引起，后者满足最大伸长拉伸线应变理论，即塌方由抗拉强度不足引起。
作者：	吴旭阳
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	梁庆国
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文