基于SEM土体微观结构研究中的影响因素分析

通过对一系列SEM照片计算其表观孔隙率和土颗粒形态分维数,研究了阈值大小、分析区域大小、扫描点位置、放大倍率等因素对土体微观结构定量研究的影响,探讨了各因素的影响机理。研究发现在相对较小的阈值条件下得到的孔隙结构参数较接近真实情况,在相对较大的阈值条件下分析土颗粒的形态特征更具有代表性;合理的放大倍数是分析土体微观结构的关键因素,应根据研究对象和研究目的而定;基于分析结果,给出了合理的阈值和放大倍数的推荐值,并对扫描过程中相关的测试技术、观察技术和图片处理技术提出了建议;研究结果对今后研究人员如何利用SEM获得真实客观的土结构参数具有参考价值。     

土压平衡盾构刀盘扭矩计算方法与多因素量化分析

 刀盘扭矩是设计刀盘驱动的关键参数,是设计经济型盾构、决定盾构是否高效率掘进必不可少的参数之一。以土压平衡盾构为背景,在充分理解刀盘与土体相互作用的基础上,分析影响刀盘扭矩的7个因素,并基于现场测试和理论分析分别推导出各因素的计算模型。同时,以土耳其伊兹密尔地铁和伦敦机场隧道为例,通过与实际测得的刀盘扭矩对比分析,验证理论模型的准确性,所构建的计算模型可适用于黏性土和非黏性土地层中。对各影响因素进行量化分析,分析表明刀盘各面与地层的摩擦阻力扭矩约占总扭矩的80%,其中刀盘与土体的摩擦角、刀盘直径、土体的黏着力以及土仓内的土压支撑强度都是影响刀盘扭矩大小的重要参数。     

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...     

土体介质直剪力学特性颗粒尺度效应的理论与试验研究

土体是一种复杂的颗粒体系,其强度与变形具有显著的颗粒尺度效应。为考虑土体不同尺度土颗粒对其宏观力学特性的影响,根据土颗粒间相互作用产生的黏聚和摩擦物理效应,划分土颗粒尺度层次以构造反映土体内部材料信息和颗粒特征信息的土体胞元;基于土体不同尺度结构层次上力学响应的特征,引入协调微裂纹的概念,建立具有多尺度分层次理论框架的土体胞元模型,求解土体不同尺度结构层次之间的变形和应力转换关系,把微细观土力学理论从定性分析推进到定量计算的水平。采用多种颗粒组合制备土体胞元模型的饱和重塑土试样,进行一系列直接快剪试验,对土体直剪力学特征的颗粒尺度效应进行测试,同时定量计算土体胞元模型中的应变梯度和內禀尺度等微细观模型参数。试验结果表明:土体的屈服强度随加强颗粒体分比的增加而增加;当加强颗粒体分比较小时(≤0.125),土体的屈服强度随加强颗粒粒径的减小而略为增加;当加强颗粒体分比较大时(≥0.177),土体的屈服强度随加强颗粒粒径的增加而略为增加。加强颗粒诱发其邻近基体产生应变梯度和协调微裂纹,是土体力学特性产生颗粒尺度效应的微细观物理机制。土体胞元模型建立的土体剪切屈服强度计算公式初步验证试验结果与模型预测的一致性。     

温度对水泥土强度定量化影响的微细观研究

为研究温度对水泥土强度的定量影响,将两种水泥土试样在不同的养护温度条件下进行单轴压缩试验,对两类水泥土的强度增长过程微细结构变化进行全过程跟踪观测,并拍摄了相应的照片。通过专业的图像分析软件分析提取了对应的微细结构量化参数,针对微细结构量化参数的变化研究了水泥土强度的增长机理。试验结果表明,随着龄期的增长,水泥土微结构量化参数均发生了显著变化,且具有一定的规律性。养护温度超过20℃后,水泥土微结构量化参数变化相差不大,且变化趋势基本一致,而养护温度低于10℃时,水泥土微结构量化参数则与前者有显著差别,且变化速度缓慢。水泥土内部水泥的水化与微结构量化参数的变化有显著的相关性。0～5 d内各养护温度下水泥土的微结构量化参数无显著变化,龄期在5～30 d之间时,养护温度对微结构量化参数的变化有较为显著的影响。粉土土粒之间缺少结构性联结和相对较低的孔隙比造成了水泥粉土强度相对水泥粘土较低。     

基于GIS的黏性土微观结构的分形研究

介绍了一种利用图象处理技术结合地理信息系统(GIS)软件的数据提取技术,从而计算土体中颗粒形态分形维数的方法,讨论了在图象处理过程中阙值的确定方法。通过对郧县膨胀土土样微结构图象分析,论证了黏性土微观结构的分形特征,并分析了分形维数与土体微观结构类型间的关系。     

均质无黏性土发生流土破坏的试验研究

为了探究粒径大小对无黏性土发生流土破坏的影响,开展了3种级配土的一维土柱流土破坏试验。结果表明无黏性土的流土破坏过程可划分为2个阶段,第一阶段土体未发生侵蚀,第二阶段土体经历了“发生→发展→破坏”的破坏过程。土体发生流土破坏的难易程度、破坏的临界流速会随着颗粒粒径增大而增大,而改变颗粒粒径对流土破坏的临界水力梯度几乎无影响。     

一种土体微细结构连续变化过程的试验方法研究

提出一种新的岩土材料微细结构光学图像测量方法。实现了常规土工三轴实验与岩土材料微细结构测试的联合 ,获得了土体在荷载作用过程中微细结构变化清晰的图像序列 ,不仅可以定量研究土体在荷载作用下微结构的变化情况 ,还可利用数字图像相关技术对微细结构图像序列进行相关分析 ,得出土颗粒在荷载作用下的微观位移场 ,为建立土体合理的本构关系模型提供试验依据。     

粘性土压缩特性微细结构变化的试验研究

本文利用自行研制的土体微细结构光学测试系统对粘性土在压缩过程中微细结构变化进行了定量分析研究。提取并分析相关微细结构特征参数。从而为研究粘性土压缩变形与微细结构变化间的定量关系提供了一条可行的途径。     

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。     

大连市黏性土压缩特性SEM微观机理研究

黏性土的工程特性,都与土体的微观结构有着密切的联系。大量的研究表明,微观结构的变化,决定了土体宏观力学性质。因此,研究黏性土工程特性与其微观结构状态之间的内在联系,对于深入研究黏性土工程特性具有十分重要的工程意义。本文选取大连市某钻孔不同深度的5个土样样品首先进行模拟原状样压缩试验(主要还是针对扰动样),分析不同荷载下的释水量和变形量,试验完成后,对原状样和压缩土样采用电子显微镜扫描(SEM),然后利用ERDAS软件对SEM图片进行分析,研究压缩前后土体微观结构,特别是孔隙大小和颗粒相关指标变化规律,结合压缩试验数据,分析二者之间的联系。     

螺杆桩细观工作机理离散元数值模拟

螺杆桩属于异形截面桩,其与桩周土体间存在复杂的相互作用。采用基于离散单元法的二维颗粒流数值模拟技术,对砂土中承受竖向荷载的螺杆桩桩土荷载分担比、桩周土体位移场分布形态、土颗粒滚转特性、桩土接触力分布特征和孔隙率变化过程进行了细致研究,揭示了桩周土体细观结构参数变化规律及其与宏观力学行为表现之间的内在关联,从细观力学角度增进了对螺杆桩-桩土界面传力特性和桩周土体变形破坏演变过程的理解,为螺杆桩破坏模型和极限承载力计算方法确定提供了重要的理论依据。     

生活钠铵盐污染对黏性土水理力学性质的影响

以探索生活污染对黏性土物理力学性质的影响特征为目的,以浸泡试验和土工试验为技术手段,制备不同浓度的NaCl、Na2CO3和NH4Cl污染黏性土,测定污染黏性土的塑性、渗透性、压缩性和抗剪性随污染浓度变化的规律,探讨被污染黏性土物理力学性质的演变机制。研究表明:黏性土遭受NaCl和Na2CO3污染过程中,塑性和压缩性提高,渗透性和抗剪性降低;黏性土遭受NH4Cl污染过程中,塑性和压缩性降低,渗透性和抗剪性提高;黏土遭受生活钠铵盐污染过程中水理力学性质变化率明显高于粉质黏土;生活污染物通过改造黏粒表面"双电层"结构,影响黏性土的水理力学性质。     

排水板周围土体径向固结室内模型试验研究

考虑真空负压沿排水板的衰减分布对排水板周围土体固结特性的影响,开展室内模型试验模拟某一深度处预压地基排水体中真空负压对其周围土体径向固结的过程。通过分析排水板周边土体基本物理力学性质、渗透性、压缩性及土颗分的时空分布特点,研究不同真空负压强度对排水板周围土体径向固结的影响。试验结果表明随着真空度沿着排水体的衰减,排水板对周围土体的影响范围逐渐缩小,在软基深部有大面积的交叉影响区,对软基浅部优于深部;细微颗粒在真空负压差作用下发生向着排水板方向运移并,使得在排水板周围细颗粒含量增大,远端细微颗粒减少;基于真空渗流场理论,结合颗分试验结果,分析了真空预压过程中细颗粒运移成因,进一步解释了"土桩"形成机理。     

东南沿海典型结构性软土微观特征研究

土体的微观结构特征对其工程特性有很重要的影响。本文以不同固结压力下东南沿海典型结构性软土的原状土样为研究对象,利用Image Pro-Plus软件处理其放大5000倍的ESEM图像,分析了微观结构参数和宏观结构参数之间的量化关系。研究表明:该软土孔隙平均孔径与固结压力及压缩量之间均为负指数关系;颗粒平均粒径与固结压力之间为对数关系,与压缩量之间为负指数关系。论文最后推导出了土体一维孔隙平均孔径和颗粒平均粒径的微观结构本构模型,分析结果对相关土体性质研究将具有一定的参考价值。     

管涌型无黏性砾石土颗粒迁移试验研究

无黏性砾石土因广泛作为坝基土层和坝体填筑材料,其渗透稳定问题是关系到工程安全的关键因素之一。对管涌型无黏性砾石土开展渗透变形试验,并对试验后试样进行分层筛分试验,分析管涌现象过程中的颗粒迁移现象。研究结果丰富了管涌型无黏性砾石土关于土体内部颗粒迁移规律的研究。     

滑带土环剪剪切面的微观观测与分析

 滑带土的残余强度一直是边坡工程研究的重点。由于剪切面微观结构在剪切前后的变化与宏观的土体强度存在必然的联系,所以针对一古滑坡滑动带的含砂黏土进行环剪试验,采用电镜扫描技术分析剪切前后微观结构的变化,探讨微观结构与土体宏观力学特征的关系。研究表明,含砂黏土的强度特征不同于一般黏性土,没有明显应变软化特性,粗粒含量对峰后强度有比较明显的影响。剪切过程会导致颗粒出现明显的定向性排列,微观结构发生改变,出现颗粒破碎、孔隙率提高,颗粒形状变狭长的现象,这与滑带土的宏观强度变化有密切的关系。另外,通过周长–面积法对剪切面颗粒形态的分形研究,发现剪切面土颗粒微观形态具有明显的分形特征,分形维数与滑带土的残余强度指标呈线性负相关关系。     

关于结构面对土质围岩分级影响的探讨

分析了国内外土质隧道围岩分级的研究现状,指出了土质隧道研究的不足;通过具体的工程实例分析了黏性土土体中软弱结构面的存在,并分析了土体中结构面对隧道围岩稳定性的影响效应;提出了依据结构面对黏性土质围岩进行分类和分级研究思路。研究表明：土质隧道围岩分级研究甚少,有待对其准确分级进行研究;大量工程实例表明黏性土质围岩中存在着结构面,结构面与隧道轴线的夹角及本身抗剪强度对隧道围岩稳定起控制作用;考虑到围岩稳定性分级影响因素差异,将黏性土质围岩分为黏性土土质围岩和类黏土质围岩两类。     

冻融作用对土的微结构与强度特性的影响

人工冻结法因安全性能好、污染程度低、经济效益高等优点得到了广泛的应用。而冻融作用可以改变土体水分相态,影响土体的结构性能。通过现场试验与室内试验,对比分析了冻结法施工前后土体的微结构特征及剪切强度、压缩性能,揭示原状土层的物理力学性质。结果表明,冻融后的土颗粒形态从片状转变为厚层集聚体状;不同的土层在冻融后黏聚力和内摩擦角均呈下降趋势,反映出土的抗剪强度的劣化;冰晶的增长促使土的孔隙率增大,造成土体软化使得其压缩性得到增强;静力触探过程中的锥尖阻力和侧摩阻力在冻融后显著降低,波速变慢,论证了冻融作用导致土体强度减小、土体发生软化的现象。     

水泥加固黏性土微观特征试验研究

通过电镜扫描试验与图像分析手段,对加载前、后不同土性及不同水泥掺量的加固黏性土微观结构进行研究,定量分析其微观孔径大小、孔隙形状系数以及孔隙定向角等参数变化的影响,并探索其与加固土体强度及承载机制的关系。研究结果表明:(1)水泥黏性加固土在加载前、后孔径分布和孔隙形状系数呈现出不同的规律,水泥掺量小(5%)的加固土加载后孔径减小,孔隙形状系数增大,宏观表现为剪缩;而水泥掺量高(20%)的加固土加载后整体孔径增大,孔隙形状系数减小,宏观表现为剪胀;(2)水泥黏性加固土体无论其水泥掺量的高低,在加载过程中,其颗粒或团粒均在内部应力作用下发生定向性的滑移或转动,从而导致孔隙长轴方向发生改变,孔隙定向角分布由均匀变为集中,孔隙定向性趋于显著。