考虑基质吸力影响的重塑黄土强度-剪缩（胀）规律研究

In loess region, slope infilling and ground treatment projects need a deep knowledge on the mechanical behavior of loess. Dilatancy of loess is an important mechanical issue on the soil strength and deformation. The comtraction or dilation of remolded loess depends on micro effects such as arrangement of particles and inter-particle pressure, and hence is affected by macro factors such as degree of compaction, stress state and matric suction. In this project, with consideration of above three macro factors, the strength and contraction (or dilation) of unsaturated remolded loess is studied following the three-stage separation of the soil-water characteristic curve. The swelling parameter will be measured via loading-unloading tests at different matric suction levels. The soil stress-strain relationship and critical state rules will be studied via triaxial tests. The evolution of contraction and dilation behavior with matric suction will be clarified in conjunction with the varitions in critical state line and state parameter. The elastic and plastic volumetric strain increments will be separated using the swelling parameter. The relationship between stress ratio and dilatancy will be quantitatively analyzed, and will be comparatively studied with current dilatancy theories. The strength-dilation equation will be improved based on systematical study on the correlation and regularity among critical state friction angle, peak state friction angle and angle of dilation. The findings will not only reveal the plastic flow and strength rules of unsaturated remolded loess, but also have broad application prospects on engineering design in loess region.

黄土地区边坡填筑与地基处理工程设计需要深入认识重塑黄土的力学性质，其中剪胀性是土体强度和变形研究的重要问题之一。重塑黄土的剪缩、剪胀行为取决于颗粒排列、粒间压力等微观作用，在宏观上受压实度、应力和基质吸力等因素影响。本项目考虑上述三个因素，按照土水特征曲线的三阶段划分，研究非饱和重塑黄土的强度-剪缩剪胀规律。通过加卸载试验，得到不同基质吸力水平下的膨胀参数。通过三轴剪切试验，研究土的应力应变与临界状态规律。结合临界状态线与状态参数的变化，阐明土的剪缩、剪胀随基质吸力的演变机制。运用膨胀参数分离弹、塑性体积应变增量，在此基础上计算、分析剪胀率与应力比的关系，并结合已有剪胀方程进行对比研究。通过不同基质吸力水平下临界状态摩擦角、峰值状态摩擦角和剪胀角的关联性和规律性研究，完善该土体的强度-剪胀公式。研究成果不仅可以揭示非饱和重塑黄土的塑性流动和强度规律，对于黄土地区工程设计也有广泛的应用前景。

黄土地区边坡填筑与地基处理工程设计需要深入认识重塑黄土的力学性质，其中剪胀性是土体强度和变形研究的重要问题之一。重塑黄土不再具有特殊结构，是一种有代表性的非饱和土。它的剪缩、剪胀行为取决于颗粒排列、粒间压力等微观作用，在宏观上受压实度、应力和基质吸力等因素影响。本项目考虑上述三个因素，系统研究了非饱和重塑黄土的强度-剪缩剪胀规律。首先，开展土水特征曲线试验，采用van Genuchten模型拟合，并用分形理论进行了比较分析，得出以下成果：在基质吸力-含水率平面上，随着压实度和压力水平的增加，SWCC均会下移；相应于孔隙分布，该土料的SWCC具有明显的分形特性；相同压实度下采用分形方法拟合的不同压力条件下的SWCC基本平行；已知不同压力条件的孔隙率时，可从一个压力条件的SWCC推求其它压力条件的SWCC。第二，通过不排水条件下饱和土的应力变形、剪胀特性和路径分析，与排水条件下饱和土力学行为的比较验证可知：介于松散土的剪缩行为与密实土的剪缩-剪胀行为两种典型现象之间，该土料还存在一种剪缩-剪胀-剪缩的体变现象，且不受排水条件的影响；该土料在应力平面上具有唯一临界状态线，其临界状态在压缩平面上受初始孔隙比影响，分布于一个带状区间内；该土料的失稳线斜率随压实度增加，应力状态需要达到较高应力比才能进入失稳区，工程扰动导致渠坡失稳的可能性降低。第三，按照SWCC近饱和段、过渡段和残余段的划分，通过三轴试验研究了饱和至风干状态土料的力学特性，成果表明：风干条件下的峰值强度显著增大，为饱和状态的5.6~11倍；风干条件下的残余强度增加有限，仅为饱和状态的2.3~2.9倍；在基质吸力-内摩擦角的半对数坐标系，内摩擦角近似线性增加；在基质吸力-剪胀角的半对数坐标系，剪胀角符合线性拟合关系。本研究可为非饱和土本构模型构建提供系统的试验支持，并为黄土地区工程设计提供理论依据，应用前景广阔。