膨胀土细观结构变化及与声波波速的关系-长江科学院.PDF

　 第３３卷第９期 长　江　科　学　院　院　报 Ｖｏｌ．３３　Ｎｏ．９　　 　　２０１６年 ９月 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｓｅｐ．２０１６　 　 　　ｄｏｉ：１０．１１９８８／ｃｋｙｙｂ ２０１６，３３（０９）：９３－９７，１０６ 膨胀土细观结构变化及与声波波速的关系 ａ ａ ａ ａ ｂ 韦秉旭 ，龚　树 ，刘　斌 ，刘　雄 ，欧阳运清 （长沙理工大学 ａ交通运输工程学院；ｂ道路结构与材料交通行业重点实验室，长沙　４１０１１４） 摘　要：采用ＣＴ技术和ＴＨ２０４型非金属超声波仪测试，探讨了干湿循环作用下膨胀土的细观结构及其平均纵波波 速的变化规律，并运用损伤力学的研究方法定义基于ＣＴ数的损伤变量，据此建立了干湿循环作用引起的细观结构 变化与平均纵波波速变化之间的关系。研究结果表明：第１～４次干湿循环对膨胀土细观结构变化影响较大，内部 微裂隙发育明显，第７～８次干湿循环对细观结构影响甚微；膨胀土的平均纵波波速随着循环次数的增加呈非线性 衰减，并最终趋于稳定；随着干湿循环次数的增加，膨胀土损伤变量逐渐增加，其细观结构损伤演化是一种非线性 累积过程；膨胀土平均纵波波速与基于ＣＴ数的损伤变量具有良好的指数衰减关系。 关键词：ＣＴ技术；膨胀土；干湿循环；细观结构；平均纵波波速 中图分类号：Ｕ４１６　　　文献标志码：Ａ　　　文章编号：１００１－５４８５（２０１６）０９－００９３－０５ 声波仪对含水率分别为塑限含水率和最佳含水率的 碾压膨胀土进行声速测试，研究了等幅干湿循环作 １　研究背景 用下膨胀土纵波速度的变化规律，提出裂隙萌生和 膨胀土是一种水敏性材料，在季节性干湿循环 发展是干湿循环作用下膨胀土纵波速度衰减的根本 ［８］ 作用下，土体内部会产生大量杂乱无章的微裂隙。 原因；韦秉旭等 用纵波波速定义膨胀土疲劳损伤 这些微裂隙的萌生、发展和贯通破坏了土体结构完 的损伤变量，探讨了干湿循环作用下膨胀土的疲劳 整性，是造成膨胀土边坡失稳滑塌的主要原因。因 损伤变化规律，研究了膨胀土内部裂隙的演化过程。 此，研究干湿循环作用下膨胀土微裂隙结构的变化 岩土体声波波速是岩土体内部裂隙结构的综合 至关重要。 宏观表现，而宏观表现的本质因素则需要通过微、细 目前，膨胀土微裂隙的量测方法有Ｘ射线衍射 观结构研究来揭示。 ［１］ 计算机层析成像技术（简称ＣＴ技术）通过扫描 法、扫描电镜法、ＣＴ法和超声波法等 。超声波法 一般采用超声波脉冲透射法量测岩土体内的超声波 试样截面，可定量地量测岩土材料的内部细观结构 ［２］ ［９］ 速 ，利用不同的超声波速反映岩土体内部裂隙的 变化 。鉴于此，本文借助ＣＴ技术，以南阳膨胀土 发展状况。目前，国内外利用超声波研究岩石的裂 为研究对象，对０～８次干湿循环后的重塑土样进行 ［３］ ［４］ ＣＴ扫描和超声波测试，以ＣＴ数据定义损伤变量， 隙性已有报道。Ａ．Ｌａｃｈｏｕｒｉ等 、Ｓ．Ｓａａｄ等 基于 声学参数谱分析和精确的线性预测分析，描述了岩 利用土体的损伤变量来反映干湿循环