珠江三角洲软土工程特性的微观机理探索

通过对珠三角典型软土样固结过程的微观结构观测、压汞分析和矿物成分分析,定量研究不同固结荷载下软土的微孔隙形态、尺度分布、颗粒定向性等微观参数随荷载的变化规律。研究表明,固结压力将显著改变软土的孔隙尺度分布、颗粒的定向性,以致改变土体的压缩性和渗透性。固结前期孔隙尺度较大,颗粒排列较紊乱,压缩系数和渗透系数较大并随固结压...     

软土加固过程中微结构变化的分形研究

土体内部孔隙的特征及分布情况是土体微结构变化的内因,也是决定土体物理力学性质的主要因素。在软土性质发生改变时,孔隙的变化是最直接、最显著的。所以,对土体微观结构进行研究,应着重研究土中孔隙的变化。由于土中孔隙的复杂性及非确定性,很难用传统的几何方法对其研究和描述。为研究加固前后软黏土微结构的变化情况,在珠江三角洲某高速公路软土路基利用动力排水固结法加固的施工现场,取不同深度内加固前后土样进行压汞测试,用分形理论对压汞测试数据进行分析,探讨软土中孔隙的分布特征,在此基础上提出了土中孔径划分的方法,进而探讨动力排水固结法加固软土地基的微结构变化,建立了加固后土样的孔隙度分维数与土体固结度之间的关系,研究结果表明土中孔隙分布具有分形特征,用孔隙度分维数可以实现对地基加固程度的预测。     

天然沉积软黏土的次固结变形机理分析

土体在天然沉积过程中由于时间效应会产生次固结变形和结构性,两者都使土体的固结屈服压力增大,传统Bjerrum次固结模型无法解释后者的机理,也无法描述结构性土的次固结变形特性。通过天然沉积结构性土的次固结试验,基于Burland提出的孔隙指数Iv和固有压缩曲线ICL,分析了结构性土的次固结变形机理。当固结压力小于固结屈服压力时,天然沉积结构性土的结构强度抵抗了孔隙的压缩势,压缩曲线与固有压缩曲线间的距离△Iv随压力增大而增大,该阶段存在稳定的土颗粒骨架结构,土颗粒的蠕动变形受抵抗,导致几乎不产生次固结变形;而当土体处于临界屈服状态时,土结构强度受破坏,孔隙压缩势的抵抗作用消失,大孔隙骨架坍塌,Iv发生骤减,土颗粒的蠕动变形剧烈,次固结系数骤增出现峰值;△Iv随固结压力的进一步增大而减小,次固结系数的变化表现出与△Iv密切的线性相关性;基于天然沉积土SCL压缩曲线说明了天然沉积土的次固结变形不可能无限发展。     

软土结构性对土体力学特性的影响

天然软土大多具有结构性,对天津附近软土进行了高压固结试验,探讨了软土结构性对土体力学特性、压缩曲线和土体变形的影响。结果表明:在相同固结压力下,重塑土的竖向变形量大于原状土的竖向变形量,原状土的先期固结压力大于重塑土的先期固结压力,原状土的压缩模量大于重塑土的压缩模量,原状土的压缩系数小于重塑土的压缩系数,压缩模量、压缩系数和固结压力均满足乘幂关系。该软土的灵敏度为5,按土的结构性分类等级为灵敏。     

一维压缩蠕变前后软土的微观结构变化

软土在蠕变前后微观结构的演变,对了解软土的蠕变机理,探讨软土变形与时间关系以及建于软土地基上建筑物的稳定性有重要意义。对黄石地区软土进行一维压缩蠕变试验,提取原状样与蠕变破坏后土样的结构参数,对比分析这些结构参数在蠕变前后的变化规律。建议用丰度与圆形度辅助分析以更真实反映微观结构实际情况,将复杂度作为一个衡量软土在蠕变过程中孔隙或颗粒形状规则程度的重要参数。采用雷达图反映定向频率分布,可以同时对比多组数据,便于观察分布强度。研究结果表明:软土蠕变过程是结构逐渐破损,结构趋向稳定的过程;在蠕变条件下,竖直与水平方向微观异性变得不明显,孔隙变化遵循孔隙均匀化原理,小孔隙数量大量增多,孔隙与颗粒总体形状趋向扁圆形,外形更趋于"圆滑",颗粒定向性变得更有序了,而孔隙定向性变化不明显。     

南海软土微观结构与力学特性试验研究

针对南海原状土力学性质的研究对于南海油气资源开发具有重要意义。对南海陆坡区所取的软土试样,通过物理试验和X-射线衍射试验,分析了该土样的物化特性;通过一维固结试验和常规三轴压缩试验,探究了该原状土的压缩及剪切特性;借助扫描电子显微镜,分析了土体的微观结构特征。试验结果显示:该土体为高液限粉土,具有高含水率、高孔隙比和高饱和度的特点;土体的黏土矿物中伊利石含量最高,其胶体活动指数高;土体为欠固结土,在固结试验中表现出一定的结构性,在剪切试验中呈现应变硬化特征;土体微观上呈开放式的絮凝结构,骨架松散,颗粒定向度较低。     

基于微观分析的软土修正固结模型及计算

排水固结过程中土体的微观结构特征及孔隙特征随固结压力和时间不断变化,微观因素的变化促使软土渗透性、压缩性发生变化,进而引起固结特性的改变。以广州软土为研究对象,从微观角度建立基于孔隙压缩规律和渗流机制的排水固结模型,将计算结果与太沙基模型结果及试验数据比较后发现,修正模型得到的孔压消散规律与太沙基模型基本一致,但消散速度明显变缓,固结后期两者孔压的相对误差超过100%。固结后期(固结度U65%)太沙基模型处于"失真"状态,而修正模型值与实测值的误差控制在5%以内。说明基于微观试验的修正固结模型从软土固结的微观本质出发,能真实地反映软土排水固结的实际情况,可以对深厚软土地基基础沉降起很好的预测作用。     

软土破裂面的微观结构特征与强度的关系

在土体工程性质评价以及土坡稳定性分析中,土体强度研究具有重要意义。本文从土体剪切破裂面的微观结构研究入手,寻求土体达到峰值强度破坏时,剪切破裂面上的微观结构参数与土体强度参数之间的关系。取珠江三角洲中部地区海相沉积的、具有代表性的原状软土样,开展室内实验,获取土的物理力学性质参数;其中在强度实验(直剪实验、三轴固结快剪实验)中,当土体达到剪切破坏时,取破裂面上的土样,进行电镜扫描,得到微结构图像;采用MATLAB6.0软件进行图像处理,并提取微观结构特征参数,建立这些特征参数与强度参数(c,?)之间的关系;并从宏观角度探讨了间接反映土体微观结构特征的宏观土性参数(塑性指数IP和粘粒含量PC)与强度参数c和?之间的关系。说明了软土的抗剪强度与微观结构参数变化之间有着良好的一致性。本研究对于高填方路堤稳定性等问题的分析具有重要价值。     

滨海淤泥质软土微观结构及固结特性试验研究

针对曹妃甸工业区近海风电工程,以滨海淤泥质软土为研究对象,应用SEM-EDS-XRD技术进行微观结构研究,结合宏观固结特性试验,确定滨海软土微观物理结构与宏观结构强度关系。通过室内试验与理论分析表明,微观结构及矿物元素组成反映了该淤泥质软土具有典型海相软土特性;基于原状土与重塑土的固结特性压缩曲线,推算滨海软土先期固结压力及结构屈服压力,确定了该滨海软土结构强度;揭示了微观结构与宏观力学性质的紧密联系。     

软土动剪切模量与微观孔隙结构试验研究

 为了从土体微观结构的角度定量地研究动剪切模量的性质和变化,利用共振柱试验,并借助电子显微镜及微观孔隙结构分析手段,对粤东重塑软黏土动剪切模量随动剪应变衰减规律与宏微观条件下土颗粒孔隙特性的关系进行分析。根据基于Davidenkov三参数模型的非线性回归分析和微观孔隙结构的参数计算分析,得到随固结应力增加,最大动剪切模量增大,连续介质中机械波波速增强;土体的宏观孔隙比降低;孔隙的层次增加,孔隙周长–面积分形维度值增加;孔隙的均一化程度增加,孔隙分形维度值减小。研究表明,Davidenkov模型中的初始参数、范围参数及速率参数与微观孔隙结构参数存在对应关系,为软黏土动力特性与微观结构关系的理论研究提供依据。