摘要
传统固结、剪切在同一三轴仪上顺序完成的试验方法效率过低，使得系统开展黏土高压力学试验极为困难。本文以华东某矿区深部黏土为研究原料，利用大尺寸高压悬浮K0固结系统制得最高应力为4MPa的大尺寸饱和黏土试样，基于此一次性制备数十个已完成高压固结的标准试样，通过弯曲元、微观试验对同批次标准试样进行了均匀性及扰动度评价，使用带有弯曲元系统的小尺寸固结仪及GDS三轴试验机进行应力恢复，并进行三轴剪切试验，对比固结、剪切分离条件下同批次力学试样剪切强度，探究重塑高压黏土的关键试验技术，为后续高压黏土试验及原状土性质研究提供方法，主要研究内容与成果如下： 本文首先利用大尺寸悬浮高压固结仪对黏土进行K0固结及循环加卸载试验，获得了250×80mm的大尺寸圆柱形高压黏土试样，并进行含水量测试试验，得出在加卸载过程中的K0变化曲线，发现K0在常压与高压下的明显差别，且K0随着压力的增大而增大；当试样处于超固结状态时，将试验数据与经验公式拟合发现，K0与黏土内摩擦角关联较强；对比分析高压黏土卸载过程稳定标准，建议以试样应变小于1×10-4/8h作为卸载稳定状态；含水量离差程度极小，认为大尺寸试样均一性良好。 其次通过弯曲元系统对固结获得的大尺寸黏土试样及其切割制得的不同形状试样进行剪切波速测试试验，得出黏土弯曲元测试较合适的激发波形为方波，应选择10vpp激发幅值并采用峰-峰法作为剪切波传播时长判定方法；大尺寸黏土试样切割后剪切模量略微减小，是由于试样发生轻微扰动造成的；高压黏土剪切模量存在明显的各向异性，各向异性比随扰动程度增大而增大。 利用小尺寸高压固结仪将切割制得的圆柱形力学试样进行恢复应力试验，得出在该过程中，试样剪切模量逐渐增加；基于孔隙比相对变化量评价标准得出圆柱形力学试样的试样质量为良好。利用GDS三轴仪对大尺寸黏土试样批量制得的圆柱形力学试样进行恢复应力及三轴剪切试验，对比得出采取K0路径恢复其原有应力状态可获得更准确的试验结果，且不易造成剪切试验失败现象；三轴剪切过程中试样均呈现应变软化及剪胀特征，孔压随应变逐渐上升；同批次小尺寸试样的剪切强度均在1400kPa左右，变形规律一致，说明同批次试样均匀性良好。 最后对不同尺寸黏土试样微观结构定性、定量分析表明，高压条件下颗粒多以颗粒团的形式存在，颗粒排列较为紧凑，形成长条形连接，孔隙分布较为均匀，颗粒水平定向规律显著；总体各微观结构参数离散性较小，认为固结、剪切分离条件下批量制样方案可行性较高。
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