粘性土微观结构定量研究中的几个热点课题——-兼答刘松玉同志

粘性土微观结构定量研究中的几个热点课题---兼答刘松玉同志施斌（南京大学地球科学系，２１００９３）刘松玉同志对笔者“粘性土击实过程中微观结构的定量评价”（发表于《岩土工程学报》１９９６年第４期，以下简称“原文”）一文所提出的疑问和进行的讨论十分有益，...     

关于粘性土击实过程中微观结构定量评价的讨论——-与施斌同志商榷

关于粘性土击实过程中微观结构定量评价的讨论---与施斌同志商榷刘松玉（东南大学岩土工程研究所，南京，２１００９６）微观结构是决定土的工程性质的重要因素，近年来，随着电子显微镜技术的发展，微观结构研究取得了长足的进步，如何定量描述微观结构是各国学者正努...     

固有和诱发各向异性对击实粘性土强度和变形特性的影响

应用内外室压力不等的空心园柱扭剪仪，对击实粘性土进行了固有和诱发各向异性的试验研究。结果表明，击实粘性土具有明显的固有各向异性，它对土的应力应变关系、强度和变形特性都有不可忽视的影响；不同主应力方向的破坏强度最大差别可达３０％。试样的初始含水量和应力水平会影响固有各向异性程度。诱发各向异性可由卸载和主应力方向旋转产生，它对排水剪强度影响不大，但对应力应变关系和变形特性有较大影响。     

固有和诱发各向异性对击实粘性土强度和变形特性的影响

应用内外室压力不等的空心园柱扭剪仪，对击实粘性土进行了固有和诱发各向异性的试验研究。结果表明，击实粘性土具有明显的固有各向异性，它对土的应力应变关系、强度和变形特性都有不可忽视的影响；不同主应力方向的破坏强度最大差别可达３０％。试样的初始含水量和应力水平会影响固有各向异性程度。诱发各向异性可由卸载和主应力方向旋转产生，它对排水剪强度影响不大，但对应力应变关系和变形特性有较大影响。     

各向异性粘性土蠕变的微观力学模型

根据土蠕变的速率过程理论、塑性滑动理论和虚功原理，从土的微观结构的角度，建立了各向异性粘性土蠕变的微观力学模型，给出了模型的数值解，首次确定了粘粒定向分布函数。以淮阴三种粘性土为研究对象，用上述模型对其试验结果进行了拟合。拟合结果表明所建立的模型是一个比较合理和有效的模型。     

邯郸击实膨胀土变形规律的试验分析

采用室内实验对邯郸击实膨胀土的膨胀变形进行测试,根据试验结果对击实膨胀土变形规律及膨胀变形速率进行了定性分析,分析得出膨胀率与初始含水率、初始干密度、竖向压力相关关系,并给出了膨胀率与它们的综合定量关系。     

风积沙最大干密度的试验研究

对风积沙主要压实方法及其影响因素进行了分析,通过重型标准击实试验、干振试验及饱水振动试验的方法对风积沙压实机理方面进行了研究,得出了风积沙的击实曲线明显不同于粘性土,振动压实法具有最佳的振动时间,其中水振法得到的最大干密度最大,且试验结果重现性好的结论。     

粘性土的微观结构分析技术研究

重点介绍了工程粘性土微观结构研究方面的一些新技术、新成果和新发展,主要包括供扫描电镜(SEM)分析用的处理高含水量土样的冷冻刀切干燥法、定量评价粘性土微观结构的图象处理技术、测定粘性土粒间胶结物化学成分的EDX技术和无损伤探测土体内部结构的CT技术.     

基于不同数据处理方法的击实特性求解及应用

结合土工击实试验相关规程,以江苏某省道改扩建工程路基土随机取样试验数据为依托,对两种击实最佳指标求解方法进行对比分析,应用二次曲线拟合法对不同灰剂量、不同制备方法和不同击实方式混合料击实指标进行求解。结果表明:路基土的最佳击实指标求解宜采用三点二次插值法或二次曲线拟合法,曲线拟合次数不宜过高,否则容易导致最大干密度虚假偏大,压实度偏小,影响道路压实效果;改变土样的石灰剂量,由0增大至8%,最优含水率呈二次曲线递减,最大干密度呈三次曲线递增;击实土重复利用所测最大干密度比原状土大,最优含水率比原状土小;与轻型击实相比,重型击实的最大干密度要大得多,而最佳含水率要小得多。     

粘性土的微观的结构分析技术研究

重点介绍了工程粘性土微观结构研究方面的一些新技术、新成果和新发展,主要包括供扫描电镜（SEM）分析用的处理高含水量土样的冷冻刀切干燥法、定量评价粘性土微观结构的图象处理技术、测定粘性土粒间胶结物化学成分的EDX技术和无损伤探测土体内部结构的CT技术。     

基于标准差椭圆法SEM图像颗粒定向研究原理与方法

土体的结构特性研究是土力学和土质学研究的前沿课题,而关于土颗粒定向特性的定量研究方法相对较少,某些方法由于需要过多的人为判断而缺乏客观性。引入ArcGIS中用于点集分布特征的分析方法--标准差椭圆法,通过微观结构图像的转换和处理,利用标准差椭圆给出图像中所有颗粒的定向角分布,进而计算土样的主定向角和各向异性率。该方法为颗粒定向的定量研究提供了一个科学、客观和可靠的手段。     

南水北调中线膨胀土/岩微观特征及其性质研究

对南水北调中线工程典型的强、中膨胀土/岩开展室内土工试验与X射线衍射试验,研究了其矿物成分及与胀缩性指标的关系,利用扫描电镜SEM图像进行了微观结构的定性分析,并基于MATLAB软件对孔隙和微结构单元体的微观特征进行了定量化研究,探讨了不同类型膨胀土/岩的颗粒形态、结构类型、裂隙分布等微观特征及其与工程特性的关系。结果表明：膨胀土/岩中的蒙脱石等黏土矿物含量高,强膨胀土/岩以絮凝结构,扁平状聚集体与卷曲片状颗粒为主,中膨胀土/岩以紊流状、粒状堆叠结构为主,片状聚集体与单粒体并存,前者微裂隙发育且定向性明显,孔隙比大,孔隙分形维数与颗粒尺寸小于后者。膨胀土/岩微结构单元圆形度低,复杂度高。膨胀岩定向排列特征显著,颗粒分形维数小,颗粒分形维数与膨胀潜势和孔隙比的变化规律一致。微观组分和结构特征与物性指标分别呈线性关系与负指数幂关系。     

基于电阻率法的膨胀土吸水膨胀过程中结构变化定量研究

针对非饱和黏性土结构定量研究中存在的困难以及现有的土的结构性研究方法所存在的不足,引入能同步反映土的微结构变化的电阻率方法,探讨土的电阻率方法在黏性土微结构定量研究中的应用。通过膨胀土击实样的无荷膨胀试验,同步测定土样的竖向电阻率与横向电阻率,计算出土的电阻率结构性参数指标,包括土的竖向与横向结构因子、平均结构因子、各向异性系数与平均形状因子的大小,通过研究土样吸水膨胀过程中的土的电阻率结构性参数指标的变化规律,建立描述膨胀土微结构变化的电阻率评价方法。试验结果表明,土的电阻率方法具有连续、快捷与测试方便等优点,其结构性参数指标可有效用于土的微结构变化定量研究。     

Influence of the microstructure in the collapse of a residual clayey tropical soil

A typical residual clayey soil originating from basalt in southern Brazil has been analyzed in order to assess the influence of wetting-induced deformation and microstructural features on the collapse behavior. Single and double oedometer tests were undertaken on a soil profile to 9 m depth. The results indicated collapsible behaviour at all profile depths. The influence of pre-consolidation stress and pedogenetic factors in the variability of the physical characteristics of the soil and in the magnitude of the collapse was noted. The collapse coefficient has been shown to be related to the both the microaggregate plasma and the varying nature of the pores and their interconnectivity.      

基于非饱和黏性土桩土界面剪切特性试验研究

通过自制的大型恒刚度直剪仪对非饱和黏性土进行桩土界面剪切试验,探讨了非饱和黏性土桩土界面剪切特性及受黏性土饱和度的影响规律。试验和研究结果表明:在分析了非饱和黏性土桩土界面土压力和孔隙水压力的变化规律后,得到桩土界面剪应力峰值和剪切破坏位移随黏性土饱和度的增大而降低的结论,同时还受界面粗糙度和法向应力的影响,界面粗糙度和法向应力越大,桩土界面剪应力峰值和剪切破坏位移越大,在法向应力不同时最大剪切破坏位移相差9.81~12.23 mm;桩土界面黏聚力在饱和度80%~90%时最大,摩擦角随着饱和度的增大呈衰减趋势,因此在桩基设计中需要考虑黏性土饱和度对桩土界面抗剪强度参数的影响,否则会使设计结果过于安全。     

基于GIS实现黏性土颗粒形态的三维分形研究

利用扫描电镜照片研究黏性土的微观结构是目前应用较为广泛的方法,但多数研究仍以定性为主,定量研究方法十分有限。介绍了利用分形理论定量研究黏性土微观结构的方法,并提出利用图像处理技术结合GIS数据提取技术,通过计算颗粒表面积和体积的方法获取土颗粒形态三维分形维数的方法。该方法简化了颗粒表面积和体积计算过程,提高了分维确定的工作效率。通过对计算图像分形维数的表面积–体积法和面积–周长法进行的对比分析,认为表面积–体积法更能够反应土体的三维特性。     

Clayey soil stabilization using alkali-activated volcanic ash and slag

Lime and Portland cement are the most widely used binders in soil stabilization projects. However, due to the high carbon emission in cement production, research on soil stabilization by the use of more environmentally-friendly binders with lower carbon footprint has attracted much attention in recent years. This research investigated the potential of using alkali-activated ground granulated blast furnace slag (GGBS) and volcanic ash (VA) as green binders in clayey soil stabilization projects, which has not been studied before. The effects of different combinations of VA with GGBS, various liquid/solid ratios, different curing conditions, and different curing periods (i.e. 7 d, 28 d and 90 d) were investigated. Compressive strength and durability of specimens against wet-dry and freeze-thaw cycles were then studied through the use of mechanical and microstructural tests. The results demonstrated that the coexistence of GGBS and VA in geopolymerization process was more effective due to the synergic formation of N-A-S-H and C-(A)-S-H gels. Moreover, although VA needs heat curing to become activated and develop strength, its partial replacement with GGBS made the binder suitable for application at ambient temperature and resulted in a remarkably superior resistance against wet-dry and freeze-thaw cycles. The carbon embodied of the mixtures was also evaluated, and the results confirmed the low carbon footprints of the alkali-activated mixtures. Finally, it was concluded that the alkali-activated GGBS/VA could be promisingly used in clayey soil stabilization projects instead of conventional binders.     

Retention of pesticides in soil columns modified in situ and ex situ with a cationic surfactant

A study of the effect of a clayey soil modified in situ and ex situ with the cationic surfactant octadecyltrimethylammonium bromide (ODTMA), on the retention of linuron, atrazine and metalaxyl was carried out. Leaching of these compounds was studied in columns of a natural clayey soil and the same clayey soil modified by direct injection of the surfactant in situ, and in columns of a natural sandy soil and the same sandy soil modified by intercalation of a barrier of the clayey soil saturated ex situ with the surfactant. Breakthrough curves indicated the total immobilization of linuron in modified soils and a decrease in the leaching kinetics of atrazine and metalaxyl compared to what was obtained in the natural soil. The results indicate the use of the clayey soil modified in situ or ex situ with the surfactant ODTMA could be of interest in the immobilization of pesticides of different hydrophobicities.     

对粘性土朗肯主动土压力理论中一个应力的释疑

 更正了粘性土朗肯主动土压力分布示图，更改其间“拉应力”区的提法，提出了广义粘聚力概念。最后还给出了粘性土挡土墙的设计步骤。