固结蠕变下软土微观结构参数的定量分析

为了探究土的微观结构特性和更加准确的描述土的变形过程,从微观上分析珠三角地区软土的固结蠕变,对软土的微观结构特征、孔隙个数和直径、孔隙和颗粒丰度、孔隙定向频率等方面进行了定量分析,对代表性广州番禺地区的土样试验结果表明:原状土样的微观结构主要是以蜂窝状和基质状结构为主,土体颗粒接触方式主要为点-点接触和点-面接触;当施加轴向固结荷载时土体的结构发生变化,轴向荷载较大时,土体的微观结构以紧密的骨架状和紊流状结构为主,土体颗粒的接触方式以面-面接触为主。软土在蠕变过程中,土体颗粒和孔隙大小的变化都遵循大孔隙优先改变原则,颗粒和孔隙的边界变得圆滑且形状趋向于扁圆形。蠕变后,颗粒和孔隙的个数有明显增加,直径都有明显减少,孔隙丰度值和复杂度有所降低。原土的分形维数高于土体蠕变变形后的分形维数。当固结应力增大时,土中孔隙的分形维数不断减小,大孔隙不断减少,大颗粒破损,小颗粒被挤入大孔隙中,颗粒和孔隙朝着均匀化方向发展。     

青海地区泥岩膨胀特性与微观结构

为研究不同单元体泥岩膨胀特性与微观结构的关联性。本文对青海省东北部的泥岩进行调查研究,选用扫描电镜(SEM)对泥岩进行观测,利用图形软件分析岩石内部的结构。通过自由膨胀试验、侧向约束膨胀试验、膨胀力试验来探究不同单元体泥岩的宏观膨胀。通过获取的数据针对泥岩孔隙分形特征展开分析,运用灰色关联法建立宏观膨胀与微观结构之间关系。研究结果表明：①N型泥岩试样孔隙多,膨胀潜势不强,M型泥岩试样结构紧密,孔隙较少,矿物成分较多,膨胀潜势相对较强；②不同单元体泥岩试样的分形维数与膨胀率(力)呈负相关,且M型泥岩试样的分形维数在膨胀率(力)的拟合度要高于N型泥岩试样；③不同单元体的膨胀率(力)与平均孔径、圆度、分形维数、面孔率均有关联,尤其是孔隙的圆度和分形维数关联性最大。研究成果为宏-微观之间泥岩关联性的认识提供参考,对该地区膨胀岩(土)工程建设具有借鉴意义。     

基于分形理论的疏浚淤泥固化土孔隙结构定量化研究

在分析疏浚淤泥固化土试样累计进汞曲线及SEM照片的基础上,基于分形理论,求得疏浚淤泥固化土孔隙结构的分形维数,确定了分形维数与微观结构参数、宏观力学性质以及固化材料比例之间的关系.研究结果表明:疏浚淤泥固化土微观孔隙结构具有明显的分形特征,其分形维数在2.8~3.2.并且,疏浚淤泥固化土的分形维数与平均孔径、孔表面积、承载比、黏聚力、内摩擦角以及矿粉掺量之间均具有很好的相关性:分形维数越大,疏浚淤泥固化土的平均孔径越小,比表面积越大,压缩指数越小,承载比、黏聚力和内摩擦角越大;分形维数随着配比中矿粉掺量的增加逐渐增大.采用分形维数可很好地定量描述疏浚淤泥固化土孔隙结构特征及力学特性,也可为疏浚淤泥固化土宏微观特性分析及模型的建立提供数据支持.     

基于热力学模型的粉砂土改良膨胀土孔隙结构分形模型

为了减少膨胀土对土木工程的危害,降低工程的经济损失。对粉砂土改良膨胀土进行试验研究,通过对粉砂土掺量为0、10%、20%、30%、40%的膨胀土进行压汞试验,测得进汞压力同累计进汞量关系、孔径同累计孔隙体积关系、孔径与进汞增量关系;并选取热力学模型表征改良膨胀土孔隙结构特征,获取改良膨胀土孔隙分形维数。结果表明：掺加粉砂土会使得土体孔隙有所增加,孔隙类型发生了变化,随着粉砂土掺量的增加,孔径在1～1×10⁴ nm降低,在1×10⁴～1×10⁶ nm升高;基于热力学模型分析改良膨胀土孔隙分形特征时,分形维数2.410 83～2.580 32变化,线性相关系数在0.984 95～0.997 7,表明热力学模型能较好地表征粉砂土改良膨胀土孔隙的结构特征。     

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。     

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.     

应力状态对土-水特征曲线的影响规律

为系统地探讨不同应力状态对土-水特征曲线的影响,以河南新乡地区的黏土为对象,采用非饱和固结仪与双室三轴仪分别研究K0和等向应力状态对压实黏土的土-水特征曲线的影响规律。试验结果表明:低应力(小于100 kPa)下等向应力状态对土-水特征曲线的影响与K0状态相似,固结后孔隙比不同决定着土-水特征曲线的形状有所差异。土体的空气进入值随着孔隙比的减小而增加,土体进气后,干燥与增湿曲线的斜率随着孔隙比的增加而增大,且孔隙比较大时土体的滞回特性更明显。     

真空预压加固效果的室内试验研究

根据室内模型试验,通过固结度系数、有效应力增长系数、超孔隙压力系数比定量分析了真空预压加固效果.结果表明,上层土体的加固效果明显好于下卧层土体,表层土体的固结度系数为下卧层的两倍,表层的A0/A值最小,其变化量也随着深度的增加而减小;在120 h内土体的有效应力增长系数变化迅速,150 h之后基本保持不变,试验结果与工程实际基本吻合.     

铝用石墨质阴极不同焙烧温度下孔隙结构演化

采用图像分析方法研究铝用石墨质阴极在不同焙烧温度下孔隙结构特征及其演变,考察孔隙率、孔径分布、形状因子、视孔隙比表面积、连通性等参数的变化规律和孔隙复杂度的分形特征.结果表明:随着焙烧温度增加,孔隙率逐渐增大,而视孔隙比表面积、形状因子和连通性呈先减小后增大趋势;石墨质阴极试样不同温度下焙烧生成孔隙均符合分形规律,借助图像分析孔隙结构参数和分形维数可界定不同典型焙烧温度下阴极孔隙结构的演变特征,并据此提出相应的孔隙特征演化模式.     

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。     

气候边缘地带膨胀土强度特性随冻融循环劣化规律

为了探究冻融循环对膨胀土静力特性的影响,以河南平顶山膨胀土为研究对象,开展不同初始含水率下膨胀土冻融循环试验,并对冻融循环后的膨胀土试样进行不固结不排水(UU)三轴剪切试验.研究结果表明:土体初始含水率变化对冻融循环后的膨胀土应力?应变关系、抗剪强度指标有显著影响;应力?应变关系随冻融次数的增加呈现出由强应变硬化型向弱...     

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。     

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。     

孔隙比变量一维固结方程解析理论

经典Terzaghi固结理论假定固结沉降与超孔压消散间满足线性耦合关系,通过计算土体应力固结度与土体最终沉降量预测沉降发展过程。由于土体固结沉降与超孔压消散间存在不同步耦合效应,沉降发展快于超孔压消散,应用应力固结度预测土体沉降发展误差较大。以孔隙比变量作为固结方程控制变量,根据孔隙比边界条件求解土体固结沉降过程可以有效避开超孔压消散与土体沉降间的滞后耦合效应。以土体连续方程、达西定律、有效应力原理为基础推导孔隙比变量固结方程及边界条件,研究边界条件、土体自重、初始孔隙比分布、非瞬时加载等对土体固结过程与最终效果的影响,比较应力与应变固结度间差异。研究表明初始条件、土体自重等对孔隙比变量解答有较大影响,引起5%左右误差。     

黄土孔径和持水特性的分形维数研究

黄土结构疏松、水敏性强，在水力作用下，易导致强度骤降，水稳性减弱甚至丧失。黄土中水分以自由水、结合水等多种形式存在于土的孔隙中，孔隙的分布特征是决定土中水分存在和变化规律的主要因素。该文基于压力膜仪试验，结合孔径分布的计算理论，做出了土水特征曲线和孔径的分布曲线，并结合分形理论，以分形维数为孔隙分布规律的评价指标，建立不同工况下黄土的含水状态变化特性与细观孔隙分布特征间的关系。结果表明，土中孔隙越小，分形维数越大，土的含水状态变化越不明显；土的残余含水率与分形维数呈线性相关，残余含水率增高的同时，分形维数和土体的持水能力也增大；土的进气值与分形维数呈正相关，但不呈线性关系；土中的大孔隙越多，土的进气值就越大，分形维数越大。     

重塑黄土的微观结构与土水特性关系研究

为了研究土体微观结构与其土水特性等水力学指标之间的关系,基于常规固结实验、土水特征曲线实验和扫描电镜观察,获得了不同密实度试样的微结构参数、排/吸水差异等宏微观指标.在此基础上,给出了平面孔隙比与土水特性指标之间的关系.研究表明,土样的排水能力和吸水能力获得最大值时,对应的平面孔隙比是不同的.     

多孔介质微观孔隙结构分形特征及分形系数的意义

依据孔隙结构的球体模型和毛管束模型 ,推导出两种模型的孔隙体积表达式和两种模型分形维数间的关系式。计算结果表明 ,基于毛管束模型的分形维数总比基于球体模型计算的分形维数小 1,分形系数的物理意义在于它反映了孔隙的发育程度。基于毛管束模型 ,利用压汞数据计算了西峰油田长 8储层多孔介质微观孔隙的分形维数 ,同时给出了分形维数与孔隙度、渗透率等地层参数的关系曲线。分析结果表明 ,该区孔隙结构具有分形特征 ,分形维数为 1～ 2。分形维数越大 ,多孔介质微观孔隙分布的非均质性越强 ;分形系数越大 ,孔隙越发育 ,储层物性越好。     

贵阳红黏土固结排水孔隙水压力消散归一化分析

孔隙水压力的发展规律是应用有效应力原理研究土体变形和强度变化的重要因素。通过贵阳红黏土的固结试验和三轴试验,分析了所取土样的固结状态和该状态下固结过程中孔隙水压力的消散规律。试样结果表明:所取贵阳红黏土的超固结度OCR为5.8,属超固结土;三轴固结过程中,不同围压下的孔隙水压力均随时间的增加逐渐消散至零,消散速率逐渐减小。围压越大,消散速率越大,最后趋于平稳。引入消散度的概念对其进行归一化后,不同围压下U-t曲线几乎重合,用最小二乘法拟合后的函数表达式呈指数函数关系。     

黏土矿物微观孔隙结构的分形特征

以深部软岩中黏土矿物为研究对象,运用Image-proplus专业图像分析软件,对黏土矿物微观结构SEM图像进行处理,提取孔隙信息,结合分形理论,对微观孔隙结构进行分形数值分析。研究表明：软岩中黏土矿物微观孔隙结构分布具有分形特征,试样的分形维数在1~2。具有不同微观结构形态的相同类型黏土矿物和具有同种微观结构形态的不同类型黏土矿物,其分形维数均有差异。孔隙分布均匀程度与分形维数成反比。     

压实对土体空间结构影响的分形描述

为了准确地模拟土体颗粒在压实过程中空间结构的变化,计算土体压实所能达到的最终状密实态,文章采用分形几何原理,建立了土粒径分布、颗粒空间结构与土体变形参数之间的函数关系,提出了土体空间结构分形维数计算公式,计算分析了土体孔隙通道分形维数值;分析表明,随着压实进行孔隙通道的曲折程度增大,孔隙通道的长度变短,土体密实增加;通过Gaudin-Schuhmann粒度分布方程可以定量地由粒径的分布来判断压实所能达到的终极状态,从而更清晰地分析土体微观结构与压实性能之间关系.