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).     

软土固结变形与微观结构参数变化特性相关性分析

本文分析了软土压缩固结过程中结构单元体与孔隙大小、形状及定向性参数变化特征,总结了固结变形与微结构参数的相关性规律。     

DIPIX图像处理系统在土体微结构定量研究中的应用

微观结构是影响土样工程性质的一个重要因素，对土体微观结构图像的计算机处理是微观结构研究走向定量化的一个关键技术之一。本文首先介绍了ＤＩＰＩＸ图像处理系统的工作原理，开发了一个运用于土结构图像处理的新软件，其中包括结构单元的形状、大小、孔隙比、定向性、形状系数等。运用这一图像处理系统对太平洋洋底某软土的蜂窝状结构，郧县击实膨胀土的定向排列结构以及３１０国道路基土掺石灰前后的微结构形貌进行了定量处理，分析结果较好地解释了土体的工程性质。这一图像处理的应用和研制对推动我国土体微结构研究有重要意义。     

不同有机质含量水泥加固土微观结构分析

为了研究有机质对水泥加固土微观结构的影响,采用水泥作为固化剂对不同有机质含量的软土进行加固,并利用扫描电子显微镜采集了达到养护期的各试样的微观结构照片,同时利用WD-5图像处理系统对微观结构图像进行处理,提取各试样结构单元体和孔隙的大小、形态及定向性等结构要素作为评价指标.分析了各结构参数随土中有机质含量的变化规律.结果表明:有机质含量越高,试样中等效直径较大的单元体含量越少,小单元体含量相对增加;大孔隙含量相对增加,小孔隙含量相对减少.试样结构单元体及孔隙的形态特征及定向性与有机质含量没有明显的相关关系.该成果对有机质影响水泥加固软土效果的研究具有一定的参考价值.     

杭州饱和软土固结过程微观结构试验研究

软土的工程特性很大程度上取决于土体内部的孔隙特征及其变化规律,为探讨软土固结过程中压缩性及其微观结构变化机理,对杭州结构性黏土进行室内固结试验,通过液氮真空冷冻干燥技术制备微观土样,借助扫描电镜试验获取微观结构图像,用计算机图像处理软件定量分析土体孔隙特征随着固结压力的变化规律,并讨论微观结构参数与土体压缩性的相关机制。结果表明:固结压力将显著改变软土的孔隙尺度、分布、排列、形态等特征,随着固结压力的增加,孔隙数先增加后减少、微小孔隙的比例增加、均一化程度提高、定向性增强、复杂程度降低;土体微观结构参数与压缩系数随着固结压力的变化规律有很好的相关性,均在固结前期显著变化,在固结后期变化趋于平缓;用土的微观结构变化解释和验证宏观试验土体的物理力学特性是可行的。     

吹填土固结过程中结构与物理性质变化

吹填土的固结过程是土颗粒从无序不规则排列到有序较规则排列,直到絮凝并形成较稳定土结构的过程.在吹填土室内模拟加固试验的过程中,在指定位置和深度采取土样,进行土样的基本物理性质和微结构的测试.对土样微观结构、颗粒粒度、颗粒丰度、颗粒定向性以及宏观基本物理性质变化进行分析.结果表明:深部颗粒团聚程度大于浅部.浅部颗粒水平向的变化大于竖向,深部竖向和水平向的变化程度相似.结构单元体粒径2,μm的颗粒数量不断减小,20,μm颗粒数量不断增加.颗粒丰度有减小趋势.土颗粒定向于某个或某几个方向.定向性和丰度的增加促使颗粒的团聚.该过程是土颗粒由不稳定向稳定状态不断过度的过程.集粒的形成大幅度改善宏观物理性质,表现为含水率的减少和密度的增加.     

不同固结压力下膨胀土微观结构的演化过程研究

文章利用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)对不同固结应力下膨胀土试样进行微观成像,基于ArcGIS数字图像处理技术分析原状土、重塑土、石灰改良土在不同固结应力下的孔隙比、三维分形维数、圆形度及形状系数的演化规律。图像分析结果表明,在三维空间基于灰度值法可以较好地分析不同固结应力下土体孔隙比的变化规律;在一定固结应力范围内,随着压力的增加,土体微观结构单元体的分形维数与固结应力存在较好的线性关系;随着固结应力的增加,单元体的熵、圆形度、形状系数先增加再减小。该研究结果揭示了土体微观结构与宏观固结应力之间存在的相关关系;同时通过不同的土体试样微观结构参数演化过程,说明了石灰对膨胀土改良的效果。     

不同处理方法下吹填土微观结构特征研究

以天津滨海新区吹填土为研究对象,用X射线衍射分析方法确定吹填土中的矿物成分,并结合扫描电子显微镜微观结构照片,利用WD5图像处理系统对土体的微观结构作定量分析,讨论两种不同加固处理方法下天津滨海新区吹填土结构单元体、孔隙的丰度和定向频率等评价指标的变化情况.试验分析表明,经过排水处理后,孔隙率变小,土中结构单元体从较为松散的状态转变为团聚状态,孔隙也随之进行调整,孔隙数量减少,定向性逐渐不明显,土体固结程度变高.     

不同处理方法下吹填土微观结构特征

以天津滨海新区吹填土为研究对象,用X射线衍射分析方法确定吹填土中的矿物成分,并结合扫描电子显微镜微观结构照片,利用WD-5图像处理系统对土体的微观结构作定量分析,讨论两种不同加固处理方法下天津滨海新区吹填土结构单元体、孔隙的丰度和定向频率等评价指标的变化情况.试验分析表明,经过排水处理后,孔隙率变小,土中结构单元体从较为松散的状态转变为团聚状态,孔隙也随之进行调整,孔隙数量减少,定向性逐渐不明显,土体固结程度变高.     

基于孔隙特征的天津滨海软粘土微观结构研究

利用真空冷冻干燥法,制得天津滨海新区软土不同固结压力下代表性样品,并利用扫描电子显微镜(SEM)对样品进行扫描观察.在此基础上系统地分析了样品SEM图像在不同固结压力下孔隙结构参数的变化规律及运用平面分形维数Dp对样品不同固结压力下土中孔隙分布状况的整体性、平均性进行了分析,且提出能够综合反映土中孔隙的大小、形态、分布、定向性等微观特征的结构性参数孔隙结构因子(pore structure factor).分析表明,土体内部孔隙的结构性参数与外部荷载之间有着良好的对应关系,在结构屈服压力前后,土体内部孔隙特征存在明显的差异.     

滨海软土微观孔隙测定方法研究

摘 要 土体孔隙结构是其重要物理力学指标,对研究土体变形、破坏有重要意义。本研究通过室内试验（SEM、CT技术）及数值模拟（ArcGIS）对滨海软土的孔隙结构、孔径大小及分布进行研究,就土体在分级荷载下的二、三维孔隙结构进行探讨。将基于CT试验的ArcGIS三维孔隙率、PCAS统计的SEM二维孔隙率、利用SEM二维图像计算的三维孔隙率、压汞试验实测孔隙率进行对比,分析不同方法测定孔隙率的精确度。同时对SEM图像进行测量和分析,统计不同孔径的孔隙数量随荷载的变化规律,从而分析软土的固结机理和微宏观力学性质。研究表明：随竖向荷载增大,土体大孔隙逐渐被压缩,孔隙平均直径逐渐减小,总孔隙体积减小,结构单元之间变得紧密,表观孔隙率减小。土体的轴向、径向和体积的收缩变形是由于孔隙的压缩以及颗粒的变形引起的,同时孔隙的分形维数受孔隙的压缩和颗粒的影响较大,周长-面积法求取孔隙的分形维数受阈值选取影响,但体积-面积法不受阈值选取的影响。     

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。     

上覆压力对湛江组结构性黏土触变性的影响机制

上覆压力对湛江组结构性黏土触变性具有显著的影响。上覆压力大小不同,导致湛江组结构性黏土触变性强弱不同,使得湛江组结构性黏土地基强度恢复程度存在差异。研究上覆压力对湛江组结构性黏土触变性的影响机制,有助于深入了解上覆压力造成地基强度恢复程度不同的本质原因。在不同上覆压力作用下对扰动后的湛江组结构性黏土在不同静置龄期进行直接剪切试验和扫描电镜试验,探究土体的触变强度比率随上覆压力变化规律以及土体的微观结构演变规律,从宏微观角度阐明上覆压力对湛江组结构性黏土触变性影响机制。结果表明：在相同上覆压力作用下,随着静置龄期增长,土体抗剪强度和触变强度比率增大,触变强度比率与静置龄期呈乘幂函数关系,土体的概率熵和颗粒分布分维数均下降,土颗粒往团聚化发展、排列定向性逐渐加强：静置龄期相同时,随着上覆压力的增大,土体抗剪强度增大,但随着静置龄期的增长,土体触变强度比率减小,触变强度比率与上覆压力呈一次函数关系,土体概率熵和颗粒分布分维数下降的幅度减小,土颗粒往团聚化发展和排列定向性增长的速率变慢。     

软土路基微结构扫描电镜图像的分形

根据分形模型的构造方法,提出了用于描述软土孔隙变化的孔隙度分维、孔隙分布分维和孔隙边缘形状分维,并以珠江三角洲地区某高速公路软土路基加固为例,用分形维数对土体扫描电镜(SEM)图像进行分析。研究发现,加固后3种分形维数均有不同程度降低,表明加固后孔隙的分布面积减小,结构单元体之间排列紧密,孔隙尺寸分布趋于均匀,孔隙边缘形状变得规整光滑。结果表明,软土中孔隙分布及形状具有分形特征,不同的分形维数,可以从不同角度反映土体的加固效果及力学特性变化。     

滨海软黏土蠕变特性的三轴试验

为探讨天津滨海典型软黏土的蠕变特性,利用英国GDS动三轴试验系统,开展了考虑围压、加荷比以及排水条件等因素下的三轴蠕变试验研究,得到了不同条件下滨海软黏土的应力．应变．时间关系曲线．试验结果表明：天津滨海软黏土具有非线性蠕变特性,其蠕变变形演化特征受结构性制约,低围压条件下,蠕变等时曲线近似为线性,无明显的屈服特性;当围压较大时,蠕变等时曲线呈现折线特性;排水条件下的蠕变等时关系曲线比不排水条件下的非线性程度明显,排水条件下其体变性状总体上表现为剪缩,蠕变变形速率和变形量均低于不排水条件;不排水条件下软黏土的初始蠕变变形速率和变形量与围压和加荷比有关,相同偏应力水平下,固结压力越大,初始蠕变速率越大,达到稳定蠕变阶段的时间越短,蠕变变形量越小;初始固结压力一致时,加荷比越大瞬时蠕变速率越大。破坏应力值越小．     

崇启大桥接线工程下部软土孔隙结构分析

利用压汞法对崇启大桥接线工程下部海陆交互相沉积软土不同深度原状样及某一深度流变样进行了孔隙结构分析.结果表明:接线工程沿线下部软土以颗粒间微孔隙为主,孔径范围在0.02～5 μm之间,其中21,26和30 m深处原状土微孔进汞孔径的峰值分别为0.865,0.351和1.3 μm;其次是少量的团粒内和团粒间大孔隙,孔径在5～200 μm之间,呈多级分布特征.软土孔隙结构特征与其埋深有关,30 m深处原状样中仅含极少量的团粒内和团粒间大孔隙.经历固结压缩和蠕变变形后,软土的孔隙结构进行了重新分布,原状土中大孔隙含量明显减少.软土流变样微孔部分所对应的进汞孔径峰值减小,流变样内包含少量的颗粒内孔隙.