干湿交替过程中原状黄土的胀缩变形特性及裂隙形态演化规律

摘要

为定量分析原状黄土的胀缩变形特性及裂隙形态演化规律,从黏黄土、黄土和砂黄土区域选择西安、延安和米脂黄土进行颗粒分析、电镜扫描(SEM)与干湿交替试验,量测干湿过程中试样的轴向、径向变形,利用PCAS软件对裂隙照片进行矢量化处理并提取各项裂隙形态学参数.结果表明:干湿交替过程中三地黄土试样的体胀程度逐渐增大,胀缩变形均以轴向变化为主,尺寸效应及干湿条件是导致及加剧试样变形各向异性的重要条件.三地黄土表面裂隙的裂隙率、总长度、裂隙条数、块区面积及块区长宽比均随干湿交替次数的增加而逐渐增大.随地域由南向北延伸(西安—延安—米脂),黄土细粒含量逐渐减少,粗粒含量逐渐增多,骨架结构由集粒镶嵌排列向粗粒直接接触变化,各项裂隙参数逐渐减小,裂隙网络形态由多边类圆形向规则窄长的四边形变化,裂隙达到稳定状态所需时间缩短.楔体状裂隙由试样边缘向中心呈放射状生长,距边缘一定距离处近垂直向的裂隙开始横向延伸并相互连接,内部贯通成一分界面,导致表层破碎土体剥落.利用Boltzmann生长模型可描述裂隙缓慢发育、快速增长、滞缓发展的三阶段生长过程,为预测裂隙发展趋势提供参考.