开采扰动土体微观结构变异规律

以开采扰动土体作为研究对象,进行室内模拟试验。采用KH-3000VD数字式三维视频显微系统,采集不同扰动状态下土体的微观图像,研究开采扰动对地基土体微观结构参数的影响规律。研究结果表明:土体在侧向卸载扰动条件下,颗粒分布分维随着侧向卸载扰动程度的不断增大而有所减小,并且颗粒分布分维数变化程度并不大;孔隙比随着侧向卸载扰动程度的增加有所增大,且孔隙比变化较小;土体在侧向加载扰动条件下,颗粒分布分维随着侧向加载扰动程度增大而减小;孔隙比随着侧向加载扰动程度的增大有所增大,且孔隙比变化程度较大。     

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。     

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。     

压实度对黄土填方边坡变形破坏特征的影响及细微观试验研究

压实度是影响黄土填方边坡稳定性的重要因素。目前很少有学者将宏观(模型试验)、细观(三轴试验)以及微观(扫描电镜试验)等手段联合起来研究压实黄土。为此开展了不同压实度下模型试验、等压固结不排水(isobaric consolidation undrained, ICU)试验和扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)试验。分析了不同压实度下压实黄土的饱和强度、临界状态、孔隙水压力和峰值强度(u-q_max)关系,同时也分析了不同压实度下微观孔隙结构特征,统计了不同孔隙类型个数、面积以及孔隙的平均面积、孔隙率和概率熵等。研究结果表明：饱和强度、临界状态线的斜率M值、u-q_max关系均随压实度的增大而增大。随着压实度增大,试样的孔隙个数增大,但孔隙面积减小,且微小孔隙决定了压实黄土的孔隙结构;平均孔隙面积、孔隙率随压实度增大而减小,而概率熵则随压实度增大而增加。黄土填方边坡中,增大填料的压实度可以提高土体的强度,减缓水分的入渗速率。在降雨情况下,增加土体压实度能在一定程度上提高黄土填方边坡的稳定性。     

重塑黄土的湿陷性与微观试验研究

黄土广泛分布于中国西北地区。随着人类社会的发展,越来越多的工程项目需要在黄土地区展开。黄土的特殊性质导致其具有水敏感性,这种水敏感性的典型表现便是湿陷;而黄土的湿陷与其微结构的变形过程紧密相关。以重塑黄土为研究对象,在反复湿陷试验的基础上,对不同含水量、不同湿陷次数的重塑黄土试样进行CT扫描与电镜扫描等微观试验,结合IPP图像处理软件对微观试验结果进行定性与定量分析,得到重塑黄土湿陷性与其微结构的关系。认为:(1)黄土的自重湿陷系数主要受其含水量的影响,即含水量越小,越容易湿陷;且当含水量为6%时试样具有二次湿陷性;不同含水量的试样随着湿陷次数的增加,湿陷系数逐渐减小,且经过3次湿陷后其自重湿陷系数均趋于一个稳定的值;(2)随着湿陷次数的增加,土体中大的团粒与大孔隙逐渐消失,土体密度逐渐均匀,颗粒丰度逐渐变大,孔隙颗粒面积比逐渐减小,颗粒定向角度逐渐趋于水平;(3)黄土发生湿陷的主要原因是水的浸润或溶滤作用导致其结构强度的弱化,使大的团粒逐渐崩解成小颗粒填充到孔隙中造成土体压密。     

冻融作用对松浦大桥段岸坡土体压缩性的影响

为了研究冻融作用对松浦大桥段岸坡土压缩性的影响,对该段岸坡土进行了基本物理参数测试、冻融实验和标准固结实验。结果表明,试样在冻融后孔隙比均有大幅度增加。相同固结压力作用下,孔隙比随冻结温度的下降而增大;相同冻结温度条件下,固结压力较小时,试样孔隙比随着冻融循环次数的增加同比增大,随着压力的增加,冻融循环次数对孔隙比的影响不尽明显;试样的压缩性随冻结温度的降低和冻融循环次数的增加而增大;试样的压缩模量随冻结温度的下降和冻融循环次数的增加而逐渐减小,试样压缩变形逐渐增大。     

循环荷载下黄土孔隙水压力与能量耗散演化

采用动力三轴仪器测试了压实黄土的动力强度和累积塑性应变发展规律,并分析了不同应力状态下(循环应力比和固结应力比)孔隙水压力与累积能量耗散关系的演化特征。深入了解频率、土体含水率以及压实度对其动力性能的影响机理,旨在揭示不同应力加载条件下,压实黄土能量耗散的差异,特别关注高含水率状态下黄土试样的能量耗散率,以提供对路基性能劣化的有效预测和控制方法。结果表明：频率和土体含水率的增大均引起动力性能劣化,提高压实度对动力性能的优化效果显著。黏滞累积能量耗散以及塑性能量耗散均会影响黄土孔隙水压黄土的增长型式,其中循环应力比(CSR)较小时,黏滞累积能量耗散的影响更显著,而CSR达到0.28时,总累积塑性能量耗散更为凸显;固结应力比(K_c)下则表现孔隙水压力始终依赖总累积塑性能量耗散的变化;通过参数引入和归一化分析,构建了不同CSR和K_c影响下的压实黄土孔隙水压力增长的能量预测模型。不同固结应力比引起压实黄土的能量耗散差异显著,且高含水率状态的黄土试样表现出更大的能量耗散率。因此,有必要对压实黄土的含水率进行控制,避免行车动载作用下超静孔隙水压力过大导致...     

疏浚土固化前后的压缩模量及微观结构变化的定量研究

在不同养护龄期和固化剂掺量的条件下,用WK-G1固化剂对横沙岛区疏浚土进行了固结试验,得到固化疏浚泥的压缩模量Es与固化剂掺量、养护龄期之间的关系;并利用电镜扫描(SEM)对其中某一特定固化剂掺量和不同龄期下的固化疏浚土的微观结构进行观测。运用IPP图像处理软件和Matlab编程对固化土SEM图像进行处理,得到固结过程中不同龄期下的粒度分维D_(ps)和孔径分维D_(bs)、颗粒分布分维D_(pd)和孔隙分布分维D_(bd)、颗粒表面起伏分维D_(pr)以及颗粒和孔隙的个数、平均面积、平均直径等微观结构参数。并对微观结构参数和分维数与压缩模量的关系作了定量分析。结果表明:在WK-G1固化剂固化疏浚土的过程中,压缩模量Es随着龄期和固化剂掺量的增加而显著增大;微观结构方面表现出土颗粒数增多,颗粒分布集中,平均粒径和颗粒平均面积增大,颗粒表面起伏变大,颗粒逐渐均一化;孔隙数增多、平均孔径变大、孔隙平均面积减少、孔隙更加分散,均一化变差;各分维值与龄期和压缩模量具有高度的线性关系,相关系数R~2可达0.97。     

基于matlab和IamgeJ的黏土导热性能细观机理研究

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ImageJ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%之间;固结压力一定时,其导热系数随干密度的增大而增大,增幅保持在2.34%~12.2%之间。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     

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。     

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。     

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).     

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。     

增湿-减湿条件下重塑黄土宏微观试验研究

为了明确增湿-减湿作用下重塑黄土的宏观变形特性及微观结构特性,以陕北某填方区黄土为研究对象,利用单杠杆固结仪和扫描电子显微镜对增湿-减湿条件下重塑土体的宏观力学性能和微观结构变化进行分析。研究结果表明：宏观方面,侧向压缩应变与增湿-减湿循环次数呈正相关,并且增湿-减湿循环下侧限压缩应变规律可以用幂函数表示,说明长期的水土相互作用使压实土体强度及承载力降低;微观方面,增湿-减湿循环使压实黄土孔隙结构增大、颗粒形态由扁平状变成圆形以及颗粒接触方式由面-面接触变为点-点接触,导致土体结构松散产生裂缝,颗粒间摩擦力及承载力降低。通过对重塑黄土的宏微观分析,为黄土区域的建设工程提供理论依据。     

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.     

饱和含细砾砂动孔隙水压力特性三轴试验研究

利用TAJ—20振动三轴仪对饱和含细砾砂进行振动三轴试验,研究了几种不同因素下砾砂的孔压发展规律;并采用双曲线孔压模型进行了拟合。试验结果表明:随着振动周次和动应力幅值的增加,动孔隙水压力逐渐增加,而动孔压随固结应力比的增大逐渐减小。等压固结含细砾砂孔压均能达到围压,而偏压固结孔压是否达到围压主要取决于动应力幅值能否大于主应力差,即动应力是否足够大;但当固结应力比太大,孔隙水压力不能达到围压。饱和含细砾砂动孔压比增长随相对密度的增大而减缓,当达到相同的动孔压比,相对密度越大,振动破坏所需的振动周次也就越多,土体就越不容易破坏。振动频率越快,动孔压比上升越快,即孔隙水压力上升速度越快。当达到相同的孔隙水压力时,振动频率越快,振动破坏所需的时间就越少。饱和含细砾砂动孔压发展可用双曲线模型很好的拟合,可为工程实践和试验资料的积累提供依据。     

干湿循环作用下伊犁黄土的强度及微观特性

为探讨干湿循环作用下伊犁黄土的强度劣化规律和微观结构特性,进行了五种干湿循环路径下的三轴剪切试验及扫描电镜测试,分析了不同干密度、干湿循环幅度和次数对伊犁黄土抗剪强度的影响和微观孔隙分布的演化规律,并进行了宏观强度和微观孔隙损失机制之间的探讨。结果表明:干湿循环幅度越大、循环次数越多,伊犁黄土抗剪强度的衰减速度越快,衰减幅度越大,原状土在5次干湿循环后的三轴剪切强度接近重塑黄土;同种干密度的伊犁黄土的黏聚力随循环次数的增加而降低,同一干湿循环路径下干密度为1.55g/cm3时,伊犁黄土的黏聚力劣化最显著,而干湿循环对内摩擦角有轻微影响。另外黏聚力的劣化与孔隙面积比和孔隙特征参数的变化有关,干湿循环后孔隙面积比和孔隙特征参数增加率越大,黏聚力劣化越明显;内摩擦角的变化与孔隙分形维数的变化趋势相近,但变化不显著。