初始風(fēng)積黃土結(jié)構(gòu)演化的環(huán)境溫度效應(yīng)*

張偉偉 李彥榮 宮楊清 王 蓉

(太原理工大學(xué)，太原 030024，中國)

0 引 言

黃土化過程包含了黃土由初始風(fēng)積結(jié)構(gòu)演變?yōu)楝F(xiàn)今結(jié)構(gòu)的所有作用過程(Pécsi，1990；Smalley et al.，2014；Sprafke et al.，2016)，如干濕循環(huán)、溫度循環(huán)、凍融循環(huán)和上覆荷載作用等。

黃土堆積期氣候寒冷干燥，降雨稀少，氣溫日變化和季節(jié)變化大(劉東生，1985；Guo et al.，1998；Schatz et al.，2015)，導(dǎo)致初始風(fēng)積黃土持續(xù)經(jīng)受溫度升降循環(huán)作用。通常認(rèn)為，由溫度循環(huán)所引發(fā)的土顆粒膨脹或收縮產(chǎn)生的熱應(yīng)力是干旱環(huán)境下土體變形破壞的驅(qū)動力之一(Viles et al.，2010；Lamp et al.，2017)。Lan et al.(2021)對延安市一處黃土邊坡開展了變形監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)黃土邊坡在環(huán)境溫度循環(huán)作用下(波動范圍：-5～23 ℃)表現(xiàn)出周期性膨脹(朝坡外變形)和收縮(朝坡內(nèi)變形)現(xiàn)象。一年內(nèi)，黃土坡表大部分區(qū)域所產(chǎn)生的膨脹與收縮變形基本相等，說明黃土變形主要處于彈性范圍內(nèi)；個別區(qū)域所產(chǎn)生的膨脹變形大于收縮變形，年累積變形量介于8～14 mm之間，說明這些區(qū)域有塑性變形產(chǎn)生，黃土內(nèi)部結(jié)構(gòu)會因溫度循環(huán)而有所損傷(Lan et al.，2021)。天然粉質(zhì)黏土熱循環(huán)試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，土體的熱體積應(yīng)變與其應(yīng)力歷史相關(guān)，超固結(jié)土隨溫度循環(huán)表現(xiàn)出熱彈性響應(yīng)，正常固結(jié)土則先呈熱塑性響應(yīng)(主要發(fā)生在第1次加熱-冷卻循環(huán)中)后呈熱彈性響應(yīng)；且初始孔隙比越高，熱塑性變形越大(Donna et al.，2015)。另一方面，多次溫度升降循環(huán)引起的熱應(yīng)力循環(huán)會導(dǎo)致土體疲勞損傷，降低土體強(qiáng)度(張虎元等，2009；孫博等，2011；陳毅，2018)。當(dāng)土體中的應(yīng)力達(dá)到極限強(qiáng)度時，土體中即會出現(xiàn)裂隙萌生和擴(kuò)展現(xiàn)象，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生宏觀破壞(Bakun-Mazor et al.，2013；……