尾砂软土固结过程中的微结构变化特征

尾砂软土的孔隙特征及其变化规律对其压缩性和渗透性有重大的影响,尾砂软土孔隙特征随荷载的变化规律的试验研究为揭示尾砂软土排水固结过程与变形规律,建立基于孔隙压缩规律和渗流机制的排水固结模型提供有力依据.文章利用美国全自动压汞仪,对不同压力下固结的尾矿库淤泥土样的孔隙及其尺度分布进行测试,根据测试结果对土样孔隙尺度分布特征及其随固结压力的变化规律给出了定量分析.试验结果表明:淤泥土中介于0.4～2.5μm范围的颗粒间及团粒内的小孔隙所占比例最大,而大于10 μm的大孔隙和小于30 nm的超微孔隙所占比例均很小;较大的孔隙更易于被压缩而湮灭或被分裂成微小孔隙;固结压力将显著改变淤泥土的孔隙尺度及其分布特征,以致改变土体的压缩性和渗透性,在固结前期(p ＜200 kPa)孔隙尺度较大,压缩系数和渗透系数较大并随固结压力增加而快速减小,在固结后期(p ＞200 kPa)孔隙尺度小,压缩系数和渗透系数小,且随固结压力增加的变化趋于平缓.     

广州软土固结过程微观结构的显微观测与分析

 利用环境扫描电子显微镜(ESEM)对珠三角典型的广州金沙洲软土固结过程土样的微观结构进行观测,基于观测所得的显微照片分析软土在不同固结压力下微结构的尺度、形状、定向性等微结构特征及其变化规律,并采用计算机图像处理软件定量分析软土的微孔隙率、结构单元体分布角等微结构参数随固结压力的变化规律。根据显微观测照片的分析获得随着固结压力的增加结构单元体不断变大、微孔隙率减小、垂直于固结压力方向的集合体形状增长、结构单元体的定向性有所提高以及孔隙分布分维呈下降趋势并逐步稳定等有价值的结论。     

循环荷载作用下结构性软土微结构演化特性试验研究

 为探讨动荷载作用下结构性软土微结构演化特征,对天津滨海新区典型结构性软土进行动力三轴试验,并对特定循环振次下土样进行微结构制样及电镜扫描,重点研究不同动应力比、不同振次以及不同围压下,循环荷载作用对软土微结构演化的影响。试验与测试结果表明：随动应力比、振次以及围压的增加,颗粒数量和孔隙数量增加,而颗粒等效直径、颗粒形态比、孔隙等效直径、孔隙形态比减小。当动应力幅值小于临界幅值时,微观结构随振次增加很快趋于稳定,当动应力幅值大于或等于临界幅值时,微观结构随振次增加持续处于变化中。循环荷载作用过程中,当围压分别在土体固结结构屈服应力前后取值时,微观结构参数值存在明显变化,不同微结构参数值与振次均呈对数关系,相关性较好。     

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。     

人工土固结过程中微观结构效应研究

通过定量分析固结人工土的微观结构,研究非黏土矿物与黏土矿物对土体微观结构(颗粒和孔隙)变化的影响。经ESEM图片比对分析后发现:非黏土矿物长石试样颗粒较大,粒间大多以面-面连接,结构较致密,加载后,大颗粒碎散成小颗粒,颗粒平均粒径减小,圆形度提高,颗粒定向性变化较大而其分布分维数呈现下降趋势;黏土矿物高岭土试样颗粒较小,粒间大多以边-边、边-面连接,孔隙较多,加载后,团聚现象明显致使颗粒平均粒径增大,圆形度降低,孔隙也逐渐向团聚单元体内部孔隙转变,在加载初期(p<100 kPa),颗粒与孔隙的定向概率熵与分布分维数均明显下降,之后趋于稳定。     

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。     

软土真空预压处理有效性的宏微观分析

 地基处理前分析软土宏微观性质对预测真空预压法处理的有效性具有重要意义。通过室内宏微观试验,对珠海金湾地区软土矿物成分、比表面积,以及固结前后的微观结构、孔隙特征等进行分析和研究,得出土体结合水量、强度指标等影响真空预压法处理效果的关键因素。研究结果表明,珠海金湾软土黏土矿物成分含量不高,且黏胶粒占50%,比表面积较黏土矿物小;颗粒呈曲片絮凝状叠聚体,固结变形后出现团聚现象,孔隙压密,无颗粒破碎形状变化;微孔隙尺寸分布主要为400 nm＜r＜2 500 nm,固结后试样的累积进汞量大幅减小,且大孔隙变成小孔隙。说明土体的结合水量不高,含较多的自由水,且内摩擦角变化不大,而黏聚力有较大的增长,真空预压法处理效果明显。     

循环荷载下平面变形超固结软土蠕变特征试验研究

采用原状试样试验研究平面变形超固结软土在循环荷载下的变形特征。研究表明,静力荷载试验应力状态平面变形条件下,正常固结和超固结软黏土以固结变形为主要特征。循环荷载试验应力状态平面变形条件下,正常固结和超固结软黏土以剪切变形为主要特征,超固结软土侧向变形小于正常固结软土。饱和软黏土试样在循环荷载作用初期孔隙水压力不显示波动特征,总体趋势为累计增大到峰值后连续下降,与静荷载作用下的孔压变化特征类似。循环荷载长时间作用后,孔隙压力呈现波动特征,波动峰值随时间逐渐减小,衰减过程与应力状态和应力历史有关。     

软土固结过程中的孔隙分形特征及渗透性影响研究

基于Sierpinski分形模型,对珠江三角洲地区软土固结过程中的ESEM图片进行测试,对孔径及孔隙分布分维值进行计算。研究表明:软土孔隙具有明显的分形特征,测试得到的Sierpinski分形模型的线性相关系数均达到了95%以上,且重塑土的孔隙分布分维及孔径分维值均较原状土小;固结初期孔隙分布分维值变化不明显,当荷载增大时,孔隙分布分维及孔径分维均明显减小,此时孔径大小逐渐变得均匀,大孔隙变成了中小孔隙;当荷载继续增大时,软土孔隙较难向颗粒间超微孔隙发展,软土孔隙分维值也趋于稳定;研究还发现,软土的渗透性随着孔径分维和孔隙分布分维值的减小而减小。     

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。     

浙江近海软黏土次固结系数研究及应用

我国室内固结试验中把次固结沉降曲线作为线性处理,然而,大量的实验数据证明,测定周期的不同次固结曲线呈非线性特征,故次固结系数为变数。通过我国近海典型海相软黏土——浙江平阳港次固结试验为验证实例,提出一种适用于工程的分级加载、延时校正及保持试样结构原状的土工快速测试法。对工程中试验曲线分析及研究表明:我国近海区域软黏土次固结系数与固结压力、压缩指数以及测试时间存在着一定的相关性,次固结系数与固结压力变化呈先增、后降、趋稳的现象,次固结系数峰值与土体深度等有关,C_a/C_c比值为常数。实验中所得到的经验值可作为邻近工程固结沉降量预估,所创方法为填补国家标准规范次固结试验的空白提供有益参考。     

昆明泥炭土工程性质原生各向异性试验研究

基于一系列室内试验结果,系统分析了昆明泥炭土原生各向异性对固结变形、抗剪强度和渗透性质的影响,并从分析泥炭土特殊组分入手,探讨了其工程性质原生各向异性的产生机制。试验结果表明:高分解度泥炭土水平向与垂直向表现出来的变形特性差异不大,θ=45°方向土样在固结压力p较小时压缩模量E_s及固结系数C_v较小,但当p增大到一定程度时,3个方向的变形特性趋于一致;分解度低的泥炭土更多呈现变形各向同性。抗剪强度方面,不含或含微量残余纤维的高分解度泥炭土抗剪强度原生各向异性程度较弱,主要体现在粘聚力上,内摩擦角的差异较小,且抗剪强度各向异性程度随着腐殖质含量增多而减弱;残余纤维含量多对泥炭土的强度各向异性能起增强作用。渗透特性方面,渗透系数k随切样角度θ增大而增大,即泥炭土水平方向的渗透性比垂直方向的强。泥炭土的各向异性机制复杂,在导致各向异性效应方面,矿质土颗粒、腐殖质及残余纤维产生了不同的效果。     

路堤下等应变复合地基的固结分析

 路堤下等应变复合地基固结沉降时,桩间土承担的荷载向桩体转移,桩土总应力不断变化,超静孔压增减量不等于有效应力增减量。考虑桩土总应力的变化、竖向排水体的压缩和孔隙水压力、桩体的排水性能、桩与排水体的距离等对复合地基的固结产生的影响。推导考虑桩体排水性能、桩土荷载转移、排水体压缩性和井阻的路堤下复合地基孔压、固结度、桩土应力比的解析解。固结分析表明,不透水桩可以加速地基固结,透水桩可能减缓固结,复合地基固结的快慢受桩身固结系数影响很大,高固结系数桩复合地基固结度大于小固结系数桩复合地基。     

温控渗透固结试验装置及试验研究

近年来,通过热塑料排水板加速软土固结的软基处理方法已经得到了工程应用。土体渗透系数和压缩系数具有温度敏感性,也是决定热排水固结设计计算准确性的关键参数,但相关试验仪器并不多见。本文介绍一种用于测定饱和软土在不同温度下的渗透系数和压缩系数的试验装置。该试验装置可控制土样温度在室温至80℃范围内变化,同时可施加12．5～1600kPa的固结压力。采用该装置对五组饱和软土在不同温度下进行渗透和压缩固结试验。同一组土样进行两种试验,以减小试验误差。试验结果表明随温度的升高渗透系数会明显增大,但压缩系数基本不受温度的影响。     

滨海相软土固结—渗透联合测定试验研究

将K0固结仪改装成高压固结—渗透联合测定试验仪,对上海地区滨海相原状软粘土试样、重塑软粘土试样和粉土试样进行了固结—渗透联合测定。对比分析了不同荷载和水头耦合作用下上海软土的变形及渗透特性,并对上海软土试样垂直向和水平向的e-k关系曲线进行了拟合,得到了孔隙比和渗透系数的关系表达式。试验结果表明：结构性对上海软土的固结...     

海积软土渗透性变化及固结分析

如何提高软土地基固结沉降计算的准确性是当前急需解决的难题之一。海积软土性状特殊,具有固结变形量大,固结过程中压缩性、渗透性发生较大变化的特性。针对海积软土,研究其固结过程中渗透固结性质的变化规律是提高其地基固结沉降计算准确性的关键。本文以深圳前海湾海积软土为例,通过试验和分析,对目前常用的软土渗透性计算公式是否适用于海积软土进行了检验,提出了适合海积软土渗透系数计算的经验公式,在此基础上进行了考虑固结系数变化时的一维固结计算,用试验数据对计算得到的固结曲线的合理性进行了验证,并将计算结果与工程中基于Terzaghi固结理论的分析结果进行了比较。试验结果和计算结果表明,所提出的渗透系数计算公式对海积软土合理,方法实用;海积软土固结过程中固结系数变化较大,应发展考虑固结系数变化时的固结分析方法;工程中进行海积软土固结分析时应根据实用固结压力情况及不同的试验方法合理地取用固结系数。     

三亚海相软土次固结特性研究

港口工程建设中经常遇到海相软土地基,海相软土是一种流变性很强的饱和软粘土,次固结变形在总变形中占有一定的比重,次固结系数是用来计算次固结变形量的一个重要参数。现有计算软土次固结变形的常用方法是不考虑荷载对其影响的,大量的试验表明荷载对次固结有较明显的影响。本文以三亚海相软土为例,根据室内试验成果,对其次固结变形特性与荷载的关系进行了分析研究,得出了一些规律性结论,对海相软土地基的设计与工程实践有指导意义。     

生物酶改良膨胀土的压缩特性

为探究生物酶改良膨胀土压缩特性,通过一维固结试验,研究了生物酶、石灰、水泥改良膨胀土体孔隙比、压缩系数、单位沉降量与荷载变化规律。探讨了固结压力对生物酶、石灰、水泥改良膨胀土体压缩特性的影响。试验结果表明:生物酶、石灰、水泥改良膨胀土表现出不同的压缩性,主要反映在压缩曲线与压缩系数上;掺生物酶、石灰、水泥都能改善膨胀土的压缩性,其中,生物酶配比为1∶300改良膨胀土的压缩性最小;改良膨胀土的单位沉降量与荷载的关系可用幂函数来表示:si=bpai。     

南沙软土固结变形特性试验研究

在一系列室内固结试验的基础上 ,探讨了南沙软土的固结变形特性。试验结果表明 ,南沙软土的次固结效应显著 ,主、次固结的划分与固结压力有关。随着固结压力的变化 ,次固结系数表现出与当前应力状态有关的变化规律。当处于正常固结状态时 ,次固结系数近似为一常数。同时 ,固结系数和固结压力、次固结系数和压缩指数之间均有较好的相关性。     

水平向渗透系数变化条件下散体材料桩复合地基固结理论研究及分析

 建立考虑排水影响区土体水平向渗透系数因施工扰动影响而逐渐变化的散体材料桩复合地基的固结定解问题,并求出其一般解。基于实际工程中桩体施工对扰动区土体水平向渗透系数影响的复杂性,选择排水影响区土体水平向渗透系数沿径向分布的3种特殊情况,给出相应特解。根据解析解结果,通过编程计算,绘制出主要因素对复合地基固结过程的影响曲线图,分析排水影响区土体水平向渗透系数变化对散体材料桩复合地基固结性状的影响。研究结果表明：土体渗透性变化对复合地基固结影响显著,桩体施工对周围土体扰动越大,复合地基固结会越慢;考虑土体水平向渗透系数变化的散体材料桩复合地基固结理论较现有的复合地基固结理论更接近实际情况。