基于Matlab和IamgeJ的黏土导热性能细观机理

为探讨黏土孔隙参数对其导热系数的影响,以武汉地区黏土为研究对象进行了导热系数试验,通过CT扫描获得了不同干密度、固结压力下黏土的高精度图像,利用Matlab2016B和Image J图像处理软件识别出土样孔隙参数。试验结果表明:控制黏土土样含水率25%不变,干密度一定时,其导热系数随固结压力的增大而增大,增幅保持在0.34%～3.58%;固结压力一定时,其导热系数随干密度增大而增大,增幅保持在2.34%～12.20%。比较发现,干密度的变化对黏土导热系数影响程度明显高于固结压力的变化,同时黏土导热系数受土样细观结构中的孔隙数目、面积及孔隙率综合影响。     

黏土固结过程中结合水对粘滞系数影响研究

渗透系数作为土的基本力学指标参数,是孔隙比和粘滞系数的函数,为了研究黏土中结合水对粘滞系数的影响,开展固结试验得到各级压力下的渗透系数与粘滞系数,并由高速离心机分离试验定量测得结合水量。结果表明固结压力增大,孔隙比减小,渗透系数随之减小,由渗透系数计算公式反算出动力粘滞系数,随固结压力增大而线性增大。压力较小时,结合水量变化较小;自由水减少到一定程度变为结合水排出为主。结合水排出会导致结合水膜厚度变薄,粘滞系数随结合水膜厚度减小而线性增大。所以,对于结合水含量较高的黏土,固结压缩过程中存在结合水排出现象,计算渗透系数时需考虑结合水膜变薄导致粘滞系数增大进而对渗透系数产生的影响。     

黏土固结过程中结合水对黏滞系数影响研究

渗透系数作为土的基本力学指标参数是孔隙比和黏滞系数的函数。为了研究黏土中结合水对黏滞系数的影响,开展固结试验得到各级压力下的渗透系数与黏滞系数;并由高速离心机分离试验定量测得结合水量。结果表明固结压力增大,孔隙比减小,滲透系数随之减小,由渗透系数计算公式反算出动力黏滞系数腿固结压力增大而线性增大。压力较小时,结合水量变化较小;自由水減少到一定程度变为结合水排出为主。结合水排出会导致结合水膜厚度变薄,黏滞系数随结合水膜厚度减小而线性增大。所以对于结合水含量较高的黏土,固结压缩过程中存在结合水排出现象,计算渗透系数时需考虑结合水膜变薄导致黏滞系数增大进而对渗透系数产生的影响。     

软黏土次固结系数影响因素试验研究

为探究沿海地区深厚软黏土次固结沉降问题,对杨林船闸原状淤泥质土进行6组常规一维固结试验.得到孔隙比随时间变化曲线、孔隙比随固结压力变化曲线、次固结系数随固结压力变化曲线.结果表明:原状样的次固结系数随固结压力的增加先变大后变小,随着加荷比的变大而变大;预压处理可以有效地降低次固结系数,且当固结压力较小时预压对降低次固结系数的效果尤为明显.     

石灰改良红黏土导热系数影响因素及模型预测

导热系数是研究温度场的重要参数,基于石灰与红黏土酸碱互损随时间的演化,利用瞬态热线法导热系数仪,研究含水率、干密度以及龄期对石灰改良红黏土导热系数的影响,并建立经 验函数和BP神经网络预测模型。结果表明：石灰改良红黏土的导热系数随含水率的增加呈指数增长,随干密度的增加呈线性增长;在15-27%含水率范围内,其导热系数平均增长53.87%;在1.25-1.65 g·cm?3干密度范围内,其导热系数平均增长87.06%;改良土导热系数随龄期的增加呈指数降低,降低速率逐渐减小,最终有趋于稳定的趋势,在龄期90 d范围内,导热系数平均降低16.6%。经验证分析,两种模型的整体误差均小于10%;可以很好的描述石灰改良红黏土的导热系数随影响因素的变化情况。该规律以及模型,可以为日后相同土样进行石灰改良提供参考。     

益阳膨胀土长期压缩特性试验分析

为探究益阳膨胀土次固结系数变化规律,研究土体长期压缩变形特性,得到方便工程运用的本构模型,以单轴固结试验为基础,延长受载周期,取益娄高速膨胀土进行长期一维固结压缩试验,探究固结压力和干密度对膨胀土样长期压缩特性的影响。试验结果表明,土样干密度对次固结系数影响相对较小,具体变化规律表现为次固结系数随干密度的增大而减小。相比之下,固结压力对次固结系数影响较大,且次固结系数随固结压力增大而增大,并呈现对数函数关系。在分析各因素对膨胀土长期压缩特性影响的基础上,建立了益阳膨胀土非线性本构模型,得到了益阳膨胀土压缩量与时间、固结压力和干密度等的关系。本构模型由主固结部分和次固结部分组成,按照此本构关系得出的计算结果与规范修正法结果几乎一致,并且从物理意义、固结过程划分等方面更显清晰。     

长春地区粉质黏土融沉性质及影响因素试验研究

粉质黏土是一种对温度极其敏感的土,在季节性冻土区通常会产生较大的融沉变形,给道路、铁路等建构筑物造成严重破坏。长春地区土层以粉质黏土最为普遍,由于纬度、海拔、气候等原因,这里的粉质黏土融沉性与其它地区的有所不同,其影响因素的影响程度也有所不同。本文以长春地区粉质黏土为研究对象,通过对原状土样进行融沉压缩试验、冻胀试验和导热系数试验,分析了融沉系数与各因素之间的关系,提出了融沉系数经验公式,并采用灰色关联理论分析了各影响因素对融沉系数的影响程度。结果表明：①融沉系数随含水率、超塑含水率增大而增大,随干密度、烧失量增大而减小,其中可塑性影响最大;②融沉性与冻胀性呈显著正相关,冻胀率和冻胀压力越大,融沉系数越大;③粉质黏土融沉系数随深度的增大而增大,最大值出现在9～12m区间内;④长春地区粉质黏土的最优干密度为1.625g/cm_³;⑤根据灰色关联分析结果,长春地区粉质黏土各影响因素对融沉性的影响顺序由大到小依次为塑性指数、干密度、含水率、超塑含水率、导热系数、冻胀率和冻胀压力。在实际工程中可采取控制最优干密度或调整级配的方法来提高地基土或回填土的密实性,研究结果可为长春地区进行公路、铁路、地铁深基坑、建筑基础施工等提供科学依据与理论参考。     

不同固结压力作用下黄土微观结构试验研究

为研究在不同固结压力作用下,黄土微观结构的变化规律,试验通过制备黄土试样,用电镜扫描(SEM)获取各个固结程度下黄土微观结构图像并利用IPP图像处理软件对微观图像参数计算和参数分类。结果表明:随着固结压力逐渐增大,黄土试样微观结构内部骨架单元体聚合物的连接方式,由架空孔隙向镶嵌孔隙转变,结构逐渐密实,稳定性逐渐增强;在各个固结压力作用下,孔隙数量随着孔径增大而减少,孔隙面积随孔径的增大而增大,大孔隙的变化一定程度上影响了土的工程性质;固结后土体的孔隙面积在各个角度区位分布越均匀时,土体受到的扰动越大;土体受固结扰动后,微孔隙的形状没有发生较大变化,部分小、中孔隙产生变形,大孔隙逐渐被消散,向着椭圆率更小的方向发展。     

冻土导热系数试验方法对比研究

采用热线法和热流计法分别对粉质黏土的冻土试样和融土试样进行了导热系数的测定.两种试验结果均反映出导热系数随含水率增大而增大,随干密度增大而增大的变化规律.通过回归分析得出导热系数受含水率的影响明显大于干密度的影响.将两种试验方法所得结果进行比较,并进行差异显著性检验.两种试验方法中,热线法所得导热系数更大,而试验方法的不同对导热系数的数值影响十分显著.在实际工程中进行温度场模拟和热工计算时,需要选择适当的试验方法获取数据,以避免分析结果严重偏离实际.     

冻土导热系数试验方法对比研究

采用热线法和热流计法分别对粉质黏土的冻土试样和融土试样进行了导热系数的测定。两种试验结果均反映出导热系数随含水率增大而增大,随干密度增大而增大的变化规律。通过回归分析得出导热系数受含水率的影响明显大于干密度的影响。将两种试验方法所得结果进行比较,并进行差异显著性检验。两种试验方法中,热线法所得导热系数更大,而试验方法的不同对导热系数的数值影响十分显著。在实际工程中进行温度场模拟和热工计算时,需要选择适当的试验方法获取数据,以避免分析结果严重偏离实际。     

分级加载下黏土中的超静孔压消散试验研究

为直观地认识土体固结时超静孔压的消散过程,弄清固结理论产生偏差的原因,利用研制的大尺寸固结装置,对饱和黏土开展分级加载下的超静孔压、压缩变形和土压力的测试,并与太沙基一维固结理论计算值进行对比。测试结果表明土样中的超静孔压呈现加载后先增加、后消散缓降的规律,分级加载下,随着固结荷载增大,孔压变化明显滞后于荷载的变化,且超静孔压的消散也趋慢。经与采用固定固结系数计算的理论值对比可证实土样中的固结系数呈动态变化,表现为随固结荷载和固结时间的增加而减小,且不同位置处的固结系数也存在差异。     

含裂隙红黏土土水特征与强度特性研究

红黏土边坡在干湿循环作用下极易产生裂隙,裂隙发育将对土体水力学特性及强度造成不利影响,从而降低边坡稳定性。以长沙红黏土为研究对象,制备具有不同裂隙数量的红黏土试样,开展了渗透试验、土水特征曲线试验和直剪试验,揭示了红黏土饱和渗透系数、土水特征曲线和抗剪强度指标随裂隙数量和干密度的演化规律,建立了相应函数表达式。结果表明：红黏土渗透系数量级为10^-5～10^-7 m/s,饱和渗透系数随干密度的增加而减小,随裂隙数量的增加呈指数型增长,裂隙增加5条,饱和渗透系数提高66.4倍;干密度低和裂隙数量多的试样饱和体积含水率更高,脱湿过程中体积含水率随基质吸力降低速率更快,残余含水率更低,持水能力更差;红黏土抗剪强度指标与干密度呈正比,与裂隙数量呈反比,当干密度增加0.28 g/cm³,黏聚力和内摩擦角分别提高2.35倍和0.94倍,而当裂隙增加5条,黏聚力和内摩擦角分别降低57.09%和49.59%。     

太湖第四纪沉积区土体荷载响应的效应综合特征

土的微结构对土的力学行为机制起着至关重要的作用,对太湖第四纪沉积区典型软土进行单向压缩试验,利用扫描电子显微镜(SEM)所得的照片研究软土在不同固结压力条件下的微结构大小、形状、定向性等微结构参数,分析其变化规律.研究表明,随着固结压力的增加,结构单元体不断变大,集合体的形状在垂直于压力的方向变长,结构单元体的定向性有所提高但不显著;孔隙分布分维呈下降趋势并逐步稳定.采用电镜扫描仪(SEM)对在复杂应力路径作用下剪切前后的黏土样进行微观观察,并从剪切前后孔隙排列、孔隙形态、孔隙尺度变化特征3个方面分析宏观试验原状软黏土归一化抗剪强度各向异性的微观本质.阐述了淤泥类软土的微观结构对其工程性质的重要影响.从泥炭的微观结构分析入手研究了泥炭的性质及特点(包括含水性质、强度性质、固结及次固结性质).讨论了海积软土在固结、剪切作用下微观结构的变化,阐述了海积软土力学行为的本质.通过室内一维固结蠕变试验系统研究分析了次固结系数与固结压力、时间及压缩指数的关,揭示了太湖第四纪沉积区软土的次固结特性.利用扫描电镜试验( SEM)和X射线能谱仪对软黏土中常见的微量元素进行测定,计算其相对百分比并分析了该土的矿物成分和微观结构组成.实验结果表明,该黏土主要以高岭石、埃洛石(伊利石)、水云母(蒙脱石)为主(其中硅为其主要成分,局部的矿物组成有稍许不同).     

压汞法对不同深度软土固结的微观孔隙特征研究

软土的微观孔隙特征对软土的固结特性以及渗透特性有较大的影响。压汞法是广泛应用于研究材料孔隙特征的方法,利用压汞法对不同深度的珠海原状软土在不同的固结压力下进行了微观孔隙特征测试。对比研究了软土孔隙大小分布、孔隙面积、孔隙比以及平均孔径与固结压力的关系。试验结果表明:软土在固结过程中孔隙特征的变化受原状初始物理性质的影响;软土试样随着固结压力的增大,由孔径为400 nm—2500 nm区段的孔隙逐渐发展为孔径30 nm—400 nm区段的孔隙,即固结过程中软土试样的较大孔隙逐渐转变为较小孔隙;软土试样在固结压力100 kPa200 kPa,孔隙比及平均孔径仍在减小,但速度减慢,曲线近于平缓。     

不同水胶比对玻化微珠保温砂浆性能的影响

研究了当水胶比分别为1.2,1.3,1.4和1.5时,玻化微珠保温砂浆的干燥收缩、抗压强度、抗折强度、干密度、导热系数等性能指标.通过压汞试验和SEM扫描电镜分析,从微观角度进一步揭示了玻化微珠保温砂浆的性能指标随水胶比变化的原因.试验结果表明:玻化微珠保温砂浆的干燥收缩随着水胶比的增大呈现明显增大的趋势;当水胶比一定时,玻化微珠保温砂浆的干燥收缩早期增长速率较快,后期增长速率较慢;当水胶比分别为1.3,1.4和1.5时,玻化微珠保温砂浆的抗压强度、抗折强度、干密度、导热系数与水胶比为1.2时相比均有了较为明显的变化,抗压强度分别下降了13.1%,40.0%和73.8%;抗折强度分别下降了18.8%,35.7%和77.7%;干密度分别减小了8.3%,19.4%和33.3%;导热系数也分别下降了4.6%,11.3%和21.4%.玻化微珠保温砂浆的各项性能随着水胶比的变化,产生了明显的变化.通过压汞试验和SEM分析发现,随着水胶比的增大,玻化微珠保温砂浆内部孔隙增多.     

不同压力下的黏土渗流性状试验研究

在诸如固结、沉降、降水等涉及渗透系数的岩土工程计算中,土层的渗透系数通常由渗透试验或现场抽水试验获得;并被视为常量。实际上渗透系数会随着外界条件的改变而发生变化,尤其是低渗土体。现利用研制的试验设备,对弱透水性的黏土进行渗透试验。试验结果表明:低固结压力下土体的渗透系数随水压呈"S"型曲线变化;且变化幅度较大。高固结压力下低渗土体的渗透系数随水压基本呈线性变化,且变化幅度较小。另外,水压对低渗土体的孔压传递规律也有影响,低水压作用下的土体孔压传递呈非线性变化,而高水压作用下呈线性变化。