翻译

西 南 交 通 大 学 本 科 毕 业 论 文

外文翻译

年 级 ： 2009级 姓 名 ： 柳佳武 学 号 ： 20090605 专 业 ： 地质工程 指导老师： 郭永春副教授

二零一三年 六 月

西南交通大学本科毕业设计（论文） 外文翻译 第1页 一种关于重击实膨胀土体积变形特征的新型模型

Y.J. Cui *, M. Yahia-Aissa, P. Delage

摘要: 一种在大纵深范围隔绝处置核废料的工程粘土壁垒使用的是重击实膨胀土。在法国FoCa7型粘土上进行的水合实验显示关于膨胀土的现有弹塑性模型的一些限制，这将用于开发松散膨胀土。在致密压实膨胀黏土上进行的润湿干燥和加载卸载测试显示一个可逆的体积变化,相关的行为没有孔径的收缩性。根据实验结果，一个弹性的非线性模型将会开发 。临界溶胀曲线（CSC）的概念被引入，并构成该模型的基础。这个CSC曲线和模型开发是液压和力学作用之间存在联系的原因说明，并提供令人满意的重击实膨胀土体积变化行为的预测。

关键词: 吸力控制 物理化学效应 体积变化的可逆性 关键的溶胀曲线 本构关系

说明: 在膨胀土中强烈吸附在粘土矿物上的不可忽略量的水和粘土水之间相互作用有关的理化效应，大多是重要的。土壤行为的标准力学模型是这些效果有关的额外复杂性必须完成的原因。在这方面， Olson和Mesri （1970）开发的两个概念模型，力学和物理化学各一个，允许适当的参数来定义，以考虑到在膨胀土的体积行为的描述。力学模型存在三个变量。粒子形状的定义为直径比厚度，较硬的材料，较小的比值d。高岭石，伊利石有一个小D / E比率，蒙脱石有一个大的D / E比值，对应于一个挠性的性状。颗粒的几何形状由颗粒之间的接触角α定义。当α越大时力学作用越明显。表面摩擦由摩擦系数μ定义，μ越大力学效应越重要。理化模型中使用了三个变量，粒子的形状：理化效应受宽，平（大d /电子）和光滑的颗粒的影响是很重要的。颗粒的几何排列：当α是小的接触角，即，该颗粒具有几乎是平行排列，物理化学相互作用是更重要的。考虑的其它化学变量的表面电荷密度，吸附的阳离子的价数，介电常数，电解质容率，电解液的浓度等。在这两种模型中，土壤中的性状（由参数来定义， α，D / E， l和化学变量）主要是受密度：在较低的密度时，接触角a是大的，力学效应以物理化学的影响为准。体积变化行为是由本地的力学库伦准则决定的。当一个松散的粘土提供机械压缩并变浓，α变得越来越

西南交通大学本科毕业设计（论文） 外文翻译 第2页 小，物理化学的影响变得越来越重要。宏观上，这种转变导致的压缩性降低 ，因为理化效应是一般性质的斥力。

图1:样品在水化条件相同情况下做垂直压力试验

图一给出了在力学和物理化学效应联合作用下的例子，一种被称为FoCa7的法国膨胀土在作为工程壁垒的情况。四个样品的粉末，水合相对湿度HR = 60％的水含量为10％ ，在固结单元上静态压缩的垂直应力分别为10.2 ，12.24 ，18.36和22.24 MPa。随后，样品的水化条件在相同的恒定垂直应力条件下测试。该图给出随时间四个样品的空隙率的变化。图的观察表明，在宽松的样品（ε= 0.58） ，其中当a是较大的，力学效在在水合的开头占据优势，高达50小时：连接在一起的粘土内部单元的凝聚力分解，分离可以观察到。一旦样品倒塌，粒子的安排是更多平行，理化行动成为更重要的，随后膨胀发生。相同的压力为12.24兆帕（E = 0.52）相对应的样品，显然是一种过渡状态，而两个样本压缩为18.36和22.24兆帕（ E 分别为0.47和0.42 ） ，只表现出肿胀。在这些密集的状态（e< 0.53 的FoCa7 ） 的力学现象变得可以忽略不计，物理化学的影响是主要的。这是一个高密度的情况下被认为是核存储箱子的FoCa7粘土，在60MPa的各向同性压实，产生1.85 Mg/m3 （ε= 0.4）的干密度。 试验研究:

西南交通大学本科毕业设计（论文） 外文翻译 第3页 根据扩散双电层理论（古埃，1910 ;查普曼，1913 ） ，粘土粒子表面的水分子的吸附 - 解吸的现象是可逆的。从力学的角度来看，这个属性应该属于宏观弹性体积行为。在接下来的内容，这方面的研究是FoCa7粘土反映的在吸力和压力的变化。非饱和土力学中的应力定义的变量将被用于这方面。对于轴对称的条件下，他们的平均净应力p ，偏应力q和吸力S，定义如下：

错误！未找到引用源。-ua

q=δ1-δs=ua-uw

σ1和σ3分别为主要和次要的主要压力， ua是空气的压力和uw是水的压力。 重要的是要提到的吸力，表现出不同于空气压力和水压力之间的差异，被定义为定义毛细管吸力作为图1的结果，活性粘土用作工程屏障，毛细吸入经常被忽视，相比与物理化学吸入的吸入，因此此处使用的定义有一个扩展的含义：它控制粘土颗粒之间吸附的水能量。活性粘土被浸湿时，吸力下降，导致在水压力增加 (饱和游离水有一个最大的能量).这种增加在水中的能量，对应的粒子间的水的压力也增加，称为常用斥力。如果外部施加的应力是低于此压力时，两者之间的差异会消散，导致在多个粘土结构的分离，或宏观的肿胀，与此相反，斥力保持，并没有颗粒的分离或宏观肿胀发生。吸力效应对体积变化的影响要加上外部压力的影响。图2显示了对两个相同FoCa7样品在初始干密度为1.85 mg/m3 （ω= 13％）各向同性压实 ，所获得的结果，并提交零应力下周期的抽吸，如所指示的点的数目，图绘于测井曲线与重力含水量图。将样品置于干燥器，用饱和盐溶液控制抽滤，第一次测试有十二个点，第二次有十个，从而导致测试长达数月。检验数据证明水含量吸入循环的线性和可逆的反应。两个样品在抽吸循环期间的空隙率变化绘制在一起，如图3所示，这也显示出可逆性。这些水含量的变化和体积的变化被解释为占主体地位的物理化学效应的宏观后果。图4示出了两个相同样品在润湿干燥固结仪上进行各向同性压实的测试，由38和0.35兆帕之间的压力循环抽吸，在两个恒定应力下，分别等于10和20 MPa。在一个线性图展示的空隙率变化作为吸入的函数。沿样品的基础上，在控制相对湿度的控制样品中的空气进行循环的吸入。饱和盐水溶液用于控制吸力超过6.1兆帕，而使用饱和水蒸气控制零吸入。在测试中，没有观察到显着

3

西南交通大学本科毕业设计（论文） 外文翻译 第4页 的滞后，确认以前观察到的零应力下的可逆性。该曲线的特征还在于有一个拐点，在6.1和12.6兆帕之间的更大范围内的体积变化，并在较低的吸力下有相当轻微的体积变化。在非常密集的膨胀土样品中的可逆性观察没有观察到类似的测试疏松的膨胀土的现象（ 阿隆索1995） ，其中的物理化学的影响可能不太重要。它构成了一些现有的致密的膨胀土的弹塑性本构模型的主要限制。研究通过调查FoCa7粘土在固结应力的变化完成了响应于抽吸循环的响应，示于图 5 ，通过考虑K0等于0.5的值，计算的平均应力。

图2 样品的各向同性压实下重力含水图

图3在干湿循环过程中，各向同性压 图5体侧限压缩各向异性压实饱和 实的样品（零压力）的孔隙率的演变。 样品的压缩曲线。