軟粘土等向固結(jié)過程中微觀孔隙結(jié)構(gòu)演化機制的定量研究.pdf

1、土體的微觀結(jié)構(gòu)是決定其力學(xué)性質(zhì)的重要因素，因此，在土體工程性質(zhì)的評價體系中，對微觀結(jié)構(gòu)的研究具有重大的理論和應(yīng)用意義。然而土體的微觀結(jié)構(gòu)是非常復(fù)雜的多孔結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有的研究手段往往難以準(zhǔn)確地對其進行描述和模擬。鑒于此，借助于高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金(編號：20070497107)本文基于等向固結(jié)試驗和滲透試驗，采用掃描電鏡(SEM)和IPP圖像處理技術(shù)，針對軟粘土固結(jié)過程中微觀孔隙結(jié)構(gòu)的演化機理進行了定性及定量研究。本文的研究方法和主

2、要成果如下：
　　 (1)本文首先綜述了土體微觀結(jié)構(gòu)及土體分形理論研究的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀以及研究動向，并對本課題的研究背景與意義做了簡要介紹。
　　 (2)對原狀軟粘土進行不同等向固結(jié)壓力下的固結(jié)試驗，得到了其相關(guān)力學(xué)參數(shù)，并對固結(jié)試驗前后的試樣制作擾動樣進行滲透試驗，試驗結(jié)果表明：滲透系數(shù)與固結(jié)壓力呈指數(shù)關(guān)系變化，所施加的固結(jié)壓力越大，其擾動樣的滲透系數(shù)越??；溫度和土體的差異性均對滲透系數(shù)有較大影響，初步認為：若水溫在1

3、0℃以下，則溫度越高，滲透系數(shù)越大。
　　 (3)采用SEM定性研究固結(jié)試驗前后各個試樣微觀結(jié)構(gòu)的形貌特征，并基于SEM試驗研究，利用IPP圖像技術(shù)對其進行定量研究，分析孔隙的大小、數(shù)量、面積、孔隙度、表面分維數(shù)、圓形度等指標(biāo)及其分布規(guī)律。結(jié)果表明：軟粘土等向固結(jié)時，其微觀結(jié)構(gòu)由絮凝結(jié)構(gòu)變?yōu)榫o密結(jié)構(gòu)，且隨著固結(jié)壓力的增大，孔隙度、孔徑、孔徑的分布范圍及總孔隙數(shù)量均逐漸變小，促進了孔隙級配的相互調(diào)節(jié)。此外，表面分維數(shù)呈正態(tài)分布，且

4、其曲線呈向左平移的趨勢；同時，圓形度呈指數(shù)遞減趨勢。
　　 (4)基于試驗研究，采用Sierpinski地毯模型對軟粘土進行分形研究，探討了分維數(shù)與土體各項微觀孔隙參數(shù)、力學(xué)性能指標(biāo)及滲透系數(shù)的相互關(guān)系。研究結(jié)果表明：軟粘土具有明顯的分形特征，隨固結(jié)壓力的增大，孔隙度降低，Sierpinski分維數(shù)增大。分維數(shù)與固結(jié)壓力、孔隙度、孔隙數(shù)量和固結(jié)變形量有較明顯的線性關(guān)系；分維數(shù)與滲透系數(shù)之間呈現(xiàn)較明顯的指數(shù)增長關(guān)系；這說明分維數(shù)可