黏-砂混合土压缩特性与微观结构特征关系研究

黏-砂混合土在吹填土地基中广泛应用,混合土地基变形与微观结构息息相关。为探讨黏-砂混合土压缩变形的微观机制,以黏土与砂不同配比的混合土为研究对象,利用压缩、扫描电镜(SEM)试验和图像处理技术(IPP)对固结前后试样的颗粒排列、孔隙分布进行定性和定量分析,从微观层面探讨了混合土微观结构随固结压力变化的演变机制。结果表明:随着含砂量的增大,混合土孔隙比呈先减小后增大的趋势,压缩系数不断减小;大、中孔隙随着含砂量增大明显增多,颗粒间接触方式从以边-面、面-面接触为主向点-点、点-面接触过渡;固结作用提高了颗粒排列的密实性和有序性,孔径分布向小孔径范围移动,大孔隙面积占比最大降幅达31.39%,中孔隙面积显著增加,对微、小孔隙影响不明显;土体颗粒的定向概率熵与和含砂量呈正线性相关,与压缩系数a_1-2呈负线性相关,含砂量越大,混合土颗粒排列越混乱,定向概率熵越大,其压缩性越低。由此可见,固结压力和配比不同引起的颗粒、孔隙微观结构参数变化是导致混合土压缩特性差异的内在原因。     

双向搅拌桩施工对桩周土体扰动分析

为探究双向搅拌桩施工时桩周超孔隙水压力和有效应力的分布和变化规律,依托江苏某高速公路软基处理工程,通过在不同位置布置传感器,测得单桩和群桩施工时桩周孔隙水压力和土压力的变化。结果表明:在施工过程中桩周土体孔隙水压力和土压力变化剧烈,靠近桩的位置产生了很高的超静孔隙水压力,孔压在桩周土的固结作用下消散规律表现为先快后慢;背离施工方向孔压累积值小于沿着施工方向的累积值,遮拦效应阻挡了约60%的超孔隙水压力,工程中可利用该现象减小施工对土体的扰动;单桩施工时桩周超孔压的分布与半径比的对数呈线性关系,分布规律与Vesic圆孔扩张理论解答的趋势相同,扰动影响范围约为20倍桩半径;施工过程中孔隙水压力小于土压力,桩体不会出现下沉和孔周土体液化等灾变,基于该原理可以通过改良设备和施工方法避免掉桩等灾变的发生。研究结果可为软土加固工程的施工安全提供参考。     

基于SEM图像处理的天然硅藻土分形特征分析

为探讨天然沉积硅藻土的微观结构及变形机制,对硅藻土样进行了SEM电镜扫描、压汞试验和高压三轴试验。采用图像分割原理及最佳阈值法分析了天然沉积硅藻土在不同固结压力下的分形特征和孔隙结构特征参数,探讨了硅藻土分形维数和各向等压固结压力之间的关系。结果表明,硅藻土体多孔隙,具有很强的结构性。土中孔隙孔径大多在0.1~1.0 μm之间。在固结压力达到屈服压力后,孔径大于1 μm的较大孔隙随固结压力的增加而减少,硅藻颗粒破坏,孔隙结构坍塌。获取了灰度阈值及二值化后的SEM图像。得到天然沉积硅藻土在不同固结压力下的分形盒子数和盒维数。结果还表明分形盒维数随固结压力增加而增加,天然沉积硅藻土在固结压力下的微观结构性及孔隙分布可通过分形盒维数来反映。     

瀑布沟大坝蓄水期心墙应力分析

以瀑布沟水电站蓄水期监测资料为基础,对大坝心墙内孔隙水压力、土压力及两者的关系进行分析。分析结果表明：在瀑布沟水电站的整个蓄泄水过程中,孔隙水压力随水位的升高而增大,反之亦然;大坝横断面方向,从上游往下游,渗压与库水位的相关性依次减小,库水的入渗是心墙渗压变化的决定性因素;土压力变化与孔隙水压力变化规律基本一致,土压力值调整是蓄水引起的渗流、固结共同作用的结果,主要受上游水位的影响;在水库蓄水过程中,有效应力下降, 孔隙水压力占土压力的百分比达到100%,可能发生局部水力劈裂。总结蓄水期砾石土心墙渗压和土压力变化规律,可供其它同类工程参数。     

饱和细粒土固结过程中微观结构研究

饱和细粒土物质组成复杂且结构尺度跨度大,受压后微观结构的变化可反映宏观力学行为。借助室内试验（压汞试验、计算机断层扫描技术）及数值模拟方法（数据约束模型）,建立饱和细粒土微观结构三维模型,实现土体物质组分和尺度的初步概化与分类。并尝试从微观结构和微宏观定量联系方面解释固结压力对饱和细粒土微观结构的影响,从而探讨饱和细粒土固结时的微宏观特征,确定固结压力过渡值。目前微纳米级小尺度团聚体的定量信息无法采用其他方法获取,但采用数据约束模型分析方法可以揭示孔隙和矿物团聚体的大小和数量随压力变化的敏感性。固结压力中400 kPa是压力过渡值,显示土体固结过程中孔隙收缩速度变慢,矿物团聚速度显著增加。饱和细粒土承受大于400 kPa以上的压力后,孔隙和矿物连通体的多尺度组合特征变得稳定。结合土体压缩变形特征,推测饱和细粒土蠕变界限在400 kPa左右,对应着土体结构破坏的临界压力。所采用的数据约束模型方法在突破微米级尺度后可实现微纳米尺度分析,可供其他工程材料研究参考。     

粉质黏土中静力沉桩过程产生的孔压试验研究

静压管桩在实际工程中有着广泛应用,桩-土界面超孔隙水压力对静压桩的工作性能有着巨大影响。目前的研究多集中于桩周土中超孔隙水压力的分布,缺少对桩-土界面处应力的真实情况的研究。通过在桩身开孔、嵌入硅压阻式孔隙水压力传感器的方法,在黏性土体中开展了2组模型桩的室内静力压桩试验,对桩-土界面的孔隙水压力、超孔隙水压力的变化规律进行了研究。试验结果表明:利用硅压阻式传感器首次成功监测了沉桩过程中桩-土界面产生的孔隙水压力;2根试桩在沉桩过程中产生的桩-土界面孔隙水压力、超孔隙水压力均随着沉桩深度的增加而增大;同时2根试桩沉桩过程中产生的超孔隙水压力均较大,最大可达4.21 kPa,约为上覆有效土重的75%,在实际工程中需对沉桩过程中产生的较大超孔隙水压力加以重视;同一深度处的超孔隙水压力存在消散现象,随着深度的增加,消散程度逐渐减小;在实际工程中,需采取有效措施,防止超孔隙水压力过大。试验结果可为静压桩施工和桩-土界面理论研究提供参考。     

深砂井地基的固结计算方法

对于砂井地基的固结计算方法,文献已有过研究,它适用于软土层分布厚度很薄的情况,以致可将士中起始孔隙水压力当作均勻分布(图1a)。但当软土层分布厚度较荷載宽度很为深厚吋,由預压荷载产生的起始孔隙水压力有着随深度逐渐消減的现象(图1b),本文将对此作近似分析。文中采用一般习用的基本假设,卽:土的固结过程符合经典固结方程,不考虑土的蠕动、起始梯度等因素;施荷瞬间,土中孔隙水压力不受偏应力影响;土体应力分布符合弹性理论。     

地震作用下高心墙堆石坝超孔隙水压力演变分布规律研究

传统经典的振动孔压模型一般根据砂土试验得到,不能直接应用于高心墙堆石坝动力计算中。 根据饱和不排水动三轴试验,提出了一个适用于掺砾黏土、砂砾石等土料的振动孔压模型,并编制了计 算程序应用于某高心墙堆石坝动力计算分析中,计算得到了地震过程中及震后超孔隙水压力演变分布 规律:地震过程中,超孔隙水压力和超孔压比不断增大,且增长的幅度与材料和地震强度密切相关。震 后超孔隙水压值随时间减小,渗透系数越小,超孔隙水压力消散越慢。由于超孔隙水压力在消散中伴随 着扩散现象,导致部分区域孔压先增长后降低,震后４８ｈ超孔隙水压力仍有２５０ｋＰａ。     

考虑软土流变特性和应力历史的一维固结与渗透试验

利用GDS先进固结试验系统对萧山软土进行了常规分级加载固结与渗透试验、分级加载流变固结与渗透试验、压缩—回弹—再压缩流变固结与渗透试验,绘制了沉降曲线、孔压消散曲线以及孔隙比和渗透系数的变化曲线,通过回归分析得到了萧山软土的压缩指数、回弹指数、渗透指数、次固结系数。试验结果表明:萧山软土具有明显的流变特性,对于正常固结萧山软土,土样底部超静孔压消散大约在加载后5h左右完成,而超固结土孔压消散速度比正常固结土快,应力历史和超固结比对次固结系数有显著的影响。     

湿地湖泊相黏土一维固结压缩特性宏微观试验研究

湿地湖泊相黏土是一种特殊的区域性软弱土,其物理力学性质和压缩性质与一般软土的物理力学性质和压缩性质有很大区别。为探究湿地湖泊相黏土的固结压缩特性及其机理,对湿地湖泊相黏土进行一维固结压缩试验,同时采用扫描电镜和计算机图像处理软件,提取不同固结压力下土体的微观结构参数,对土体微观结构的变化进行定性和定量分析。结果表明:湿地湖泊相黏土具有较明显的结构强度;由于结构强度的影响,原状土的压缩性明显小于重塑土的压缩性;当固结压力超过结构屈服应力后,原状土的结构强度逐渐丧失;在固结压缩过程中,微观结构参数的变化规律在固结压力达到结构屈服应力前后发生改变,曲线形态呈“二段折线”形式;在固结压力达到结构屈服应力前后,湿地湖泊相黏土土骨架的动态重组是土体压缩性发生改变的根本原因。在固结压缩过程中,孔隙的形态特征和定向排列特征变化较大,而颗粒的形态特征变化较小但定向排列特征变化较大,颗粒和孔隙通过不同的方式对土的压缩性产生影响。研究成果可为相关地区的地基处理工程提供借鉴参考。     

考虑软土流变特性和应力历史的一维固结与渗透试验

利用GDS先进固结试验系统对萧山软土进行了常规分级加载固结与渗透试验、分级加载流变固结与渗透试验、压缩－回弹－再压缩流变固结与渗透试验，绘制了沉降曲线、孔压消散曲线以及孔隙比和渗透系数的变化曲线，通过回归分析得到了萧山软土的压缩指数、回弹指数、渗透指数、次固结系数。试验结果表明：萧山软土具有明显的流变特性，对于正常固结萧山软土，土样底部超静孔压消散大约在加载后5个小时左右完成，而超固结土孔压消散速度比正常固结土快；应力历史和超固结比对次固结系数有显著的影响。     

北疆某工程膨胀土的力学特性及微观机制试验研究

北疆某工程穿越膨胀土区域,自运行以来发生多次滑动破坏,为深入探讨其破坏机理,通过对膨胀土进行室内直剪、压缩、渗透及扫描电镜试验,从宏观角度分析其力学特性,微观上揭示其物理机制。宏观分析表明:随含水率增加,黏聚力降低,内摩擦角呈先增后减趋势,在最优含水率时达到峰值;随干密度增加,黏聚力增加,内摩擦角呈逐步增大的趋势;随含水率增加,稳定孔隙比呈下降趋势,表明土体的压缩性增强;随干密度增加,初始孔隙比减小,稳定孔隙比趋于定值。电镜扫描结果显示:随固结压力增加,土体的结构类型由絮凝结构逐渐向紊流和层流状结构演化,孔隙数量与大小均下降,颗粒聚集效应明显,膨胀土压缩性降低;膨胀土在低固结压力下渗透性较强,在较高压力（200~1 600 kPa）下较小,渗透系数量级为10?6~10?8,与孔隙比呈正相关,可用幂函数的形式表达;随固结压力增加,松散堆积结构转变为紧密结合的层流状结构,孔隙面积减少,渗透系数显著降低。     

基于TEOS原位交联加固对土遗址水分运移行为影响研究

为了研究TEOS原位交联加固对土遗址水分运移行为的影响,采用低场核磁共振技术对TEOS加固重塑土样与未加固重塑土样中水分运移行为与孔隙结构变化规律进行系统研究。通过分析横向弛豫时间T2和孔隙谱峰面积发现:在水分运移过程中,重塑土样内部的水分以束缚水和自由水两种形态存在。吸水过程中,弛豫时间在0.01 ms~1.00 ms区间内的小孔先吸束缚水,而后10 ms~100 ms区间内大孔吸自由水;脱水时先脱大孔中的自由水后脱小孔中的束缚水。随着水分运移循环次数的增加,未加固重塑土样内部孔隙分布发生明显变化,大孔比例减小,小孔比例增大;而加固重塑土样内部孔隙结构保持稳定。这表明TEOS对土遗址土壤团粒起固定化作用,避免了土壤团粒因受水分溶胀、干缩作用而导致自身孔隙结构发生重组。     

干湿循环作用下滑带土孔隙结构与基质吸力响应规律研究

非饱和土基质吸力与其微观孔隙结构息息相关。为探究在干湿循环作用下滑带土孔隙结构与基质吸力的响应规律, 以重塑黄土坡滑坡滑带土为研究对象, 采用压汞法分析干湿循环过程中孔隙大小分布规律, 得到不同干湿循环次数下滑带土孔隙分布曲线。在此基础上, 结合分形原理, 将滑带土孔隙划分成三类(大孔隙、中孔隙和小孔隙); 结合毛细管模型, 间接推算出滑带土的土-水特征曲线(SWCC)。研究结果表明:反复干湿循环作用使小孔隙逐渐转化成大孔隙, 颗粒孔隙转化成团粒孔隙; 不同干湿循环次数对应的土-水特征曲线均存在一个共同的拐点, 拐点上侧, 含水率相同时, 随着干湿循环次数增加, 基质吸力逐渐增大, 下侧反之。研究成果有利于深入了解滑带土的干湿循环效应, 可用于库岸滑坡演化机理研究。     

淤地坝土料孔压消散试验研究

基于单向固结理论,对陕西白水的低液限黏土土样进行了各向等压孔隙水压力消散试验,试验结果表明,土中孔隙水的消散参数与土的物理性质、围压和时间具有较强的关联性,试验结果可靠性强,所得到的孔压消散系数等重要参数对于工程设计和施工具有参考价值。     

基于非达西流动的软土非线性固结计算

为了研究软土在非达西渗流作用下的非线性固结特性,基于孔隙水质量守恒原理,引入非达西渗流速度方程,建立了以超静孔压为变量同时考虑渗透系数变化的软土地基一维非线性固结方程,采用差分格式离散偏微分方程,获得了超孔隙水压力的数值解答,采用Python进行编程,计算考虑沉积作用的土体非线性固结沉降,并与已有文献结果做了对比,同时分析了非达西渗流参数n和启动压力梯度以及排水条件变化对地基土固结性状的影响。研究结果表明:非达西渗流参数n和启动压力梯度i_c越大,非线性固结完成所需时间就越长,但对固结最终沉降大小没有影响,两个参数对超孔隙水压力消散均有阻塞效应,固结过程对参数n的变化更为敏感。双向排水条件下土体平均固结度最终可达到100%,单向排水条件下土层平均固结度仅达到有限值,固结稳定后其地表沉降小于双向排水计算结果。     

基于ＴＥＯＳ原位交联加固对土遗址水分 运移行为影响研究

为了研究ＴＥＯＳ原位交联加固对土遗址水分运移行为的影响,采用低场核磁共振技术对ＴＥＯＳ 加固重塑土样与未加固重塑土样中水分运移行为与孔隙结构变化规律进行系统研究。通过分析横向弛 豫时间Ｔ2和孔隙谱峰面积发现:在水分运移过程中,重塑土样内部的水分以束缚水和自由水两种形态 存在。吸水过程中,弛豫时间在0．01ｍｓ～1．00ｍｓ区间内的小孔先吸束缚水,而后10ｍｓ～100ｍｓ区间内 大孔吸自由水;脱水时先脱大孔中的自由水后脱小孔中的束缚水。随着水分运移循环次数的增加,未加 固重塑土样内部孔隙分布发生明显变化,大孔比例减小,小孔比例增大;而加固重塑土样内部孔隙结构 保持稳定。这表明ＴＥＯＳ对土遗址土壤团粒起固定化作用,避免了土壤团粒因受水分溶胀、干缩作用而 导致自身孔隙结构发生重组。     

孔压参数在静力触探试验中的应用研究

孔压静力触探作为一种新型的静探技术,可以量测钻进过程中孔隙水压力的大小。基于目前先进的静探设备,根据孔压值对土性变化较敏感的特性,通过锥尖阻力、孔压值和孔压参数比3个指标综合划分了土的类别,结果与钻孔记录吻合良好。在不同深度处量测记录了土中孔隙水压力的消散过程,分析了砂性土和粘性土不同的消散特征。在消散试验的基础上,计算粘性土的固结系数和渗透系数,并与室内试验值进行了对比分析。     

固结条件下软黏土微观孔隙结构的演化及其分形描述

利用扫描电镜(SEM)研究软黏土固结前后的微观结构,采用数字图像技术研究软黏土固结过程中微孔隙的大小、数量及其分布的演化规律.基于Sierpinski地毯的分形概念,结合量测数据给出了描述孔隙结构的Sierpinski分维数并研究其差异性.图像分析表明,随着固结压力的增大,软黏土的孔隙度和孔径趋于减小,孔径范围变窄,土体固结过程对孔隙级配具有一定的调节作用.分形研究表明,分维数的数值大小反映了软黏土固结过程中的孔隙度变化,固结压力愈大,孔隙度愈小,分维数愈大.分维数与孔隙度、固结压力、压缩量之间存在较为显著的线性回归关系,并能反映软黏土的结构性特点.研究结果揭示了土体宏观变形与微孔隙结构分形特性之间存在的相关关系,分维数可为软黏土固结变形预测提供依据.     

渗透力作用下黏土的大应变固结理论与试验研究

针对黏土铺盖裂缝的淤填处理问题，对渗透力作用下淤填黏土的固结机理进行了阐述，推导出以超孔隙水压力为控制变量的大应变固结微分方程。在理论模型推导中，考虑了孔隙比与有效应力以及渗透系数与孔隙比之间的非线性关系。通过渗透诱发固结试验确定了微分方程中的待定参数。此类参数为随有效应力和土层深度变化的量，体现了软黏土初始孔隙比、压缩性、渗透性及其沿深度变化等因素的综合影响。应用数值方法求解微分方程，得到超孔隙水压力沿深度的分布规律以及固结度的时空变化。对某水库土坝水平铺盖裂缝处淤填黏土固结过程的数值计算结果通过室内模型试验得到了验证。