珊瑚钙质砂颗粒形貌研究进展

与由岩石风化形成的陆源砂土不同,钙质土由海洋中的生物遗骸经过长期的风化作用形成,保留了生物遗骸的部分结构与组分特征,如:碳酸钙含量>50%;形状不规则;易破碎;颗粒易胶结、高内摩擦角、高孔隙比、粒间咬合力大等。其在工程力学性质上不同于一般的陆相、海相沉积物的原因,无非是组分和形貌,针对颗粒形貌方面的研究进行分析,提出了亟待解决的问题。     

钙质砂物理力学性质试验中的几个问题

钙质砂微观结构和变形机理与陆源砂不同,需采用适用于其特征的试验技术。对钙质砂的土粒比重、孔隙比的测量方法、三轴剪切制样技术、颗粒破碎的评价及强度取值方法进行了探讨。     

钙质砂物质力学性质试验中的几个问题

钙持砂微观结构和变形机理与陆原砂不同,需采用适用于其特征的试验技术。对钙质砂的土粒比重、孔隙比的测量方法,三轴剪切制样闰破碎的评价及强度取值方法进行了探讨。     

珊瑚礁浅部钙质砂物理力学特性研究

珊瑚礁浅层沉积物以松散的钙质砂和碎屑为主,其物理力学性质较为特殊。通过室内物理力学试验等研究手段,分析了珊瑚礁浅部沉积的钙质砂的基本物理力学参数的变化特征。试验结果表明:钙质砂具有较高孔隙比,且孔隙比随固结压力的增大而略微减小,减小幅度不足10%;松散钙质砂的压缩性较大,压缩模量通常随深度增大而增大;对于珊瑚礁浅部松散钙质砂,其密实度随深度增加而增大;钙质砂的抗剪强度参数基本不随深度变化,与密实程度和胶结度有关,还需进一步研究。     

钙质砂临界状态随颗粒破碎演化规律分析

根据物理试验揭示的钙质砂颗粒破碎特征和发展规律,建立了可进行钙质砂三轴试验的离散元数值模型.首先通过预压均匀级配的钙质砂破碎生成不同初始级配的试样,进行不破碎三轴剪切过程的数值试验,以确定临界状态与固定级配的对应关系.结果表明,一个固定级配对应一条固定的临界状态线,在压缩平面内各固定级配临界状态线基本平行但是位置随颗粒...     

三轴试验条件下钙质砂颗粒破碎影响因素研究

针对钙质砂颗粒易破碎的特点,对取自南海某礁的钙质砂进行大量三轴试验,研究钙质砂在不同围压、粒径、级配、密实度、排水条件和含水率条件下的颗粒破碎情况,分析以上因素对钙质砂颗粒破碎的影响。试验结果表明:钙质砂颗粒破碎受围压影响显著,与粒径并没有明显相关性;级配越好的钙质砂破碎越小;密实度增大会导致颗粒破碎加剧;不同排水条件下钙质砂颗粒破碎受有效围压影响;颗粒破碎随含水率增加而变大。     

围压对钙质砂变形特征和声发射模式的影响

考虑钙质砂的颗粒破碎与滑移两种变形机制的耦合作用,并分别采用损伤模型和边界面模型予以描述,计算发现,围压增加使声发射活动增强,最后从微观上分析了围压对钙质砂声发射活动规律的影响。     

基于动态图像技术的南海钙质土颗粒形态特征研究

颗粒形态是一项重要的细观指标,影响着粒状土的物理力学性质。钙质土因为其特殊的生物成因,有着复杂的颗粒形态。为了研究其颗粒形态特征,采用PartAn 3D颗粒动态图像分析仪对粒径0.5～20 mm的南海钙质土颗粒开展形状测试,采用延伸率、扁平度、球形度、圆度、棱角度和凸度指标定量描述颗粒形态特征。结果显示：南海钙质土颗粒的延伸率、扁平度、球形度和圆度符合正态分布,而棱角度和凸度符合幂律分布;颗粒形状以块状居多,随着粒径的减小,钙质土颗粒变得更扁平,形状更规则;通过研究样本数量对颗粒形状量化结果的影响,建议采用形状指标的算术平均值量化单一粒组钙质土颗粒形状特征时,颗粒数目不少于600。最后,运用统计学中的主成分分析方法,得到一个综合考虑钙质土颗粒形状信息的新指标,建立了该指标与钙质土最大、最小孔隙比的关系。     

钙质砂的颗粒破碎和剪胀特性的围压效应

低应力水平下的颗粒破碎现象使钙质砂的应力-应变关系具有特殊性，引入颗粒强度的概率分布，得到描述颗粒破碎的损伤参量，建立了钙质砂的损伤边界面模型，分析了颗粒破碎、剪胀性、围压三者的关系，理论计算结果与试验结果吻合较好。     

珊瑚碎屑钙质砂的抗剪特性

珊瑚碎屑钙质砂是海洋沉积物中的一种,其强度低、形状不规则、内孔隙多和易破碎等性质和普通石英砂有很大差异。通过对取自南沙群岛永暑礁附近海域的钙质砂进行大型剪切试验,分析得到轴压、剪切速率和级配对钙质砂力学特性的影响。试验结果表明,钙质砂的抗剪强度在达到峰值之后都会出现应变软化现象,随后略微增长并且达到稳定。随着剪切速率的降低和轴压增大,试验土体的抗剪强度持续增加,出现的颗粒破碎增多,土体的剪胀量减小;随着级配粗颗粒的增加,土体的最大抗剪强度和颗粒破碎持续增加,并且在P5=65.14%情况下达到峰值,之后随着粗颗粒含量的增多而降低。     

钙质砂和石英砂压缩下的颗粒破碎与形状演化

颗粒破碎现象对土体力学性能具有显著影响。以往关于颗粒破碎的研究多关注于粒径的变化,忽视了颗粒形状的变化。为研究破碎过程中颗粒形状的演化规律,开展了钙质砂和石英砂的侧限压缩试验,对试验过程中颗粒形状参数的进行了量化研究。结果表明两种砂土的相对破碎率均随着单位体积塑性功的增加而增加,表现出明显的双曲线关系。钙质砂的长径比、球形度和圆度会随着破碎程度的增加而增加,凸度变化不明显;随破碎量的增加,石英砂颗粒的长径比和球形度先减少后增加,凸度持续减少至稳定,球形度持续增加。通过定义试样整体的形状值能很好的量化颗粒形状的变化规律。并且钙质砂整体形状值与相对破碎率满足双曲线关系,石英砂则为抛物线关系。     

南海钙质砂的动剪切模量与阻尼比试验研究

岩土体的动剪切模量和阻尼比是土工建筑物、近海场地动力稳定性分析中的主要动力学参数,为评价南海钙质砂的动力学特性,利用美国GCTS共振柱测试系统,对取自南海地区的钙质砂进行共振柱试验,研究固结压力、相对密实度对其动剪切模量和阻尼比的影响,并与石英砂进行对比分析。研究发现:相同的试验条件下,钙质砂的最大动剪切模量、阻尼比均大于石英砂;从总体而言,钙质砂的动剪切模量在剪应变小于0.1%时大于石英砂动剪切模量,在大于0.1%时两者趋于一致,其动剪切模量比G/Gmax随剪应变γ衰减的速度快于石英砂。根据试验结果建立钙质砂动剪切模量比G/Gmax、阻尼比D的数学模型,并结合现有的钙质砂动剪切模量比及阻尼比研究成果,给出钙质砂动剪切模量比和阻尼比的变化范围,为钙质砂场地工程建设中建筑物动力稳定性分析提供依据。     

基于扫描电镜图像的土体三维视孔隙率定量计算方法

通过扫描电镜来观察土体微观结构是目前研究微观土力学的重要手段。目前,大部分通过SEM图像反映土体孔隙率的研究多采用二维表观孔隙率定性分析,而此时得到是土体的二维表观孔隙率难以反映土体真实的三维孔隙率。因此,建立一种基于二维扫描图像计算三维孔隙率的计算方法具有重要研究意义。基于SEM电镜扫描图像,利用SEM图像处理软件IPP,变换不同的阈值得到不用阈值下的二维表观孔隙率,并且引入二重积分的思想,提出了一种基于SEM扫描电镜二维图像确定土体三维视孔隙率的计算方法。最后对不同种类的土进行了对比试验验证,结果表明本文提出的计算方法能够较好地反映土体真实的三维孔隙率。     

循环荷载下饱和砂土的孔压触变性

将液化土体视为流体进行液化效应分析是一个前沿的技术思路。其中,合理描述液化土体的流体性质是一个关键问题。提出循环荷载下饱和砂土孔压触变性的概念和基本设想。采用点差法计算相变后饱和砂土流动性曲线各点曲率,给出了依据流动性曲线加速增长段的最大曲率确定初始流体状态的经验方法。基于饱和砂土不排水循环三轴试验,发现进入流体状态后的饱和砂土应力-应变率关系满足Cross型触变性流体状态方程,其内部结构参数与土中残余有效应力比具有正比例关系;此时Cross型触变性流体速率方程描述的物理实质即为土体内的孔压增长过程。试验结果印证了论文提出的基本设想,证明了循环荷载下进入流体状态后的饱和砂土具有孔压触变性流体特征。     

MICP胶结钙质砂动力特性试验研究

以南海某岛的钙质砂为材料进行微生物(MICP)胶结加固,通过动三轴试验和SEM微观结构试验,研究了MICP胶结钙质砂在不同胶结程度和不同动应力水平下的动强度、动变形、动孔压、有效应力路径的发展规律和MICP胶结的微观机理。结果表明:通过MICP胶结的钙质砂动剪应力比和抵抗变形的能力得到明显提高,这表明MICP胶结作用能显著改善钙质砂抗液化能力。MICP胶结钙质砂的孔压发展可以分为4个阶段:初始阶段—稳定发展阶段—快速发展阶段—完全液化阶段,当孔压发展到快速阶段末期,孔压曲线出现凹槽,试样开始失稳,最后发生破坏。整个振动循环过程中土体的变形和强度变化与有效应力路径和孔压的发展密切相关,当试样发生破坏时,有效应力路径表现出循环活动性。MICP胶结作用生成了方解石结晶包裹在砂土颗粒表面或填充于砂颗粒之间,这改变了土体的性质,使得土体的黏聚力和内摩擦角均有所提高。     

非均等固结下饱和砂土孔压增量简化计算公式

通过动三轴液化试验,提出了一个新的适用于非均等固结下饱和砂土孔压的增量型简化计算公式。首先,试验和分析表明,描述非均等固结对饱和砂土液化影响较为合适的方式是以kc-1的幂函数模式,建立非均等固结下孔压变化的相对增量?U/U 0与固结比的增量kc-1之间的关系,即?U/U 0=1,bC1,a（kc?1）C。系数C1,b是一个远小于1的数,表明孔压增量在kc接近1时降低速度较快,在kc继续增大时降低速度变慢并趋于平缓,而若采用kc幂函数,在10.50之间,意味着kc=2时的孔压增量较kc=1时降低20%⁵0%。最后,试验与计算的对比表明,新公式不仅能描述等幅正弦荷载作用时不同固结比下饱和砂土的孔压增长,而且也能较好地描述随机地震荷载作用时非均等固结下饱和砂土的孔压增长过程。     

酸性溶液对黄土结构改良的试验研究

提出了黄土结构改良的概念,即将黄土的天然属性——湿陷性和震陷性看作不良属性,对这种不良属性的消除实质上是对黄土固有属性的优化。在此基础上,采用化学方法改良了黄土的结构,即利用酸能溶解碳酸钙的特性,迅速有效的破坏黄土内部的不良孔隙结构,并通过电镜扫描的观察,分析了在不同压力下,不同浓度的乙酸溶液对湿陷性黄土的结构改良情况。试验结果表明:低压下,由于乙酸的作用,黄土的结构得到了显著改善;高压下,由于压力已经破坏了黄土的孔隙结构,乙酸的作用效果并不明显。又通过饱和压缩试验和固结快剪试验验证了乙酸溶液对黄土结构的改良效果:在同等压力条件下,经过乙酸溶液处理过的黄土发生二次湿陷或多次湿陷的可能性和危害性都较小,并且具有较高的抗剪强度。最后,指出了这一研究成果在现实应用中的可能:在预浸水法中添加适量的乙酸可以显著改善处理效果;能够为被酸性废水污染的黄土上的岩土工程建设及相关研究提供有价值的参考。     

Dynamic properties of calcareous and siliceous sands under isotropic and anisotropic stress conditions

The strain-dependent dynamic properties of sand are generally described by their relative density and mean effective stress, while the contribution of other factors, like soil origin, mineralogy, grain morphology, and initial stress anisotropy, have not been fully recognized. This paper presents the results of an experimental study on the shear modulus and damping ratio of calcareous and siliceous sands of different origins and their identical grain size distribution and stress-density states. Resonant column and cyclic triaxial tests were conducted on reconstituted samples of these two sands obtained from coastal areas. The significance of the initial effective confining pressure and stress anisotropy on the dynamic properties of the sands is evaluated and compared. It is demonstrated that the small-strain shear modulus of the calcareous sand is more affected by an increase in mean effective confining pressure than the siliceous sand. However, the effect of the initial shear on the secant shear modulus of the sands is unique. Based on the test data, a rigorous correction factor is proposed to account for the influence of the initial stress anisotropy on the small-strain shear modulus of the sands. A comparison between the strain-dependent dynamic properties of the calcareous and siliceous sands reveals that the calcareous sand has a higher secant shear modulus, lower damping ratio, and higher linear and volumetric threshold strain. Since the stress-density states and grain size distribution of the two sands were identical in the experiments, the discrepancy in the dynamic properties can be attributed to other factors, including sand origin, grain angularity, mineralogy, and formation processes, which are not commonly taken into account in the current practice.     

人工制备湿陷性黄土的微结构分析(英文)

本文通过扫锚电镜观察了人工制备的湿陷性黄土试样在各种广义应力状态下的微结构。电镜照片的定量分析揭示了试样浸水前后的孔隙分布和孔隙定向度的变化。分析结果表明,只用高压力只能引起大孔隙的压缩,浸水后则各种尺寸的孔隙均变小。而在低压力下浸水时,则除孔隙尺寸变小外,大孔隙周围还会出现微裂隙。浸水前后孔隙定向的改变不明显     

基于图像处理的Q3黄土的微观结构变化研究

 黄土地质灾害的发生与黄土的微结构特征息息相关。针对黄土微结构图像定量分析中存在的问题,对原状及循环荷载作用后Q3黄土的微观结构特征进行研究。首先探讨SEM图像处理中的降噪和分割方法,将Lee图像增强算法应用于图像的降噪处理,将FCM聚类方法应用于灰度图像的分割,在此基础上计算循环荷载作用前后Q3黄土的孔隙面积、孔径、圆度、形态比等参数。结果表明：(1) 通过SEM图像表观特征的分析可知,在动应力的作用下,大孔隙数目减少,颗粒排列逐渐密实,接触关系也逐渐由点接触变为面接触;(2) 通过对孔隙面积、数量变化的分析可知,循环荷载产生的变形主要由于大孔隙破坏造成;(3) 通过对孔隙定向分布特征的研究可知,原状黄土的孔隙具有定向特性,在循环荷载的作用下,孔隙的定向性发生改变;(4) 通过对孔隙形状分布特征的研究可知,在动应力作用下,土颗粒发生转动,部分孔隙连通性受损。本研究可为揭示土体宏观受力的变形机制提供依据。