软土结构性试验研究

结构性是土最为内在的根本特性之一。通过对杭州地区淤泥质粘土进行的结构性试验研究表明 :结构性对软土工程特性有很大的影响。原状样与重塑样在压缩特性、固结特性、强度特性等方面存在明显的差异。同时 ,进行了不同应力水平下土微观结构的研究 ,通过SEM图像分析 ,土体在不同应力水平下 ,呈现出不同的微观结构。     

海陆交互相黏性土工程特性及微结构特征

长江口北侧分布有海陆交互相黏性土,其物理性质较差,天然含水率接近或大于液限,孔隙比接近或大于1,与一般海相软粘土物性相似,但压缩变形特征与强度指标有别于一般海相软粘土,是一种结构性黏性土。采取自由活塞薄壁取样技术与真空冷冻干燥法,制得不同固结应力水平下的原状样和重塑样,系统地分析了固结试验中原状样与重塑样在不同固结应力下的微观结构及参数的变化规律。研究结果体现了微观结构变化与宏观力学性质的一致性,揭示了结构性黏性土不良物理性质与良好力学特性指标“异常”组合的微观机制。     

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。     

合肥原状和重塑黏性土动力特性对比试验研究

为研究土体扰动对土动力特性的影响，以合肥包河区的地基土为研究对象，采用GCTS STX-100双向振动三轴仪对不同钻孔和不同深度的原状和重塑黏性土进行动三轴试验，试验得出以下结果：(1)在相同围压下，原状和重塑黏性土动力特征参数(最大动应力τ_dmax、最大动剪切模量G_dmax)的差异性随着钻孔深度的增大逐渐增大；在低围压(50 kPa)下，原状样和重塑样的τ_dmax、G_dmax差异不大、关系曲线趋于重合。随着围压的增大，关系曲线快速分离，原状样的τ_dmax、G_dmax大于重塑样，且增大的幅度随着围压的增大逐渐增大，当围压达到300 kPa时，偏离幅度可达30%以上；(2)原状样和重塑样阻尼比λ_d在同一动应变下随着围压的增大而减小；λ_dmax范围在0.2～0.3;(3)土体的动强度和动剪切模量由于土体的扰动而减小。     

结构性软土压缩特性研究

针对结构性软土的压缩性 ,通过对温州软土的原状土和重塑土在不同加压率下的固结试验 ,分析原状土和重塑土不同的压缩性状以及加压率对土体压缩性状的影响。在此基础上对已有的原位压缩曲线确定方法进行探讨 ,并结合对世界各地土样的试验室压缩曲线的分析 ,提出新的折线形原位压缩曲线确定方法。     

正常固结原状饱和黏性土的三剪统一结构性本构模型

基于扰动状态概念,采用非线性弹性本构模型来表征原状黏性土的相对完整状态,将三剪统一强度准则与修正剑桥模型相结合来表征原状黏性土的完全调整状态,提出了饱和原状黏性土结构性本构模型。通过坐标平移法确定的破坏应力比使所提出模型能够反映全应力状态变化下的强度区间效应和拉压差,也能够描述黏聚力在土体受力过程中的作用。为验证所提出模型的正确性,以江西原状饱和红黏土为试验土样,做了排水和不排水条件下的常规三轴压缩试验,将模型计算结果与试验结果进行对比,结果表明,所提模型能够较好地反映江西原状饱和红黏土的力学和变形特性。     

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。     

太湖湖沼相天然沉积土结构性评价

天然沉积土由于结构性的影响,通常具有与相应重塑样截然不同的力学性质。利用重塑土的固有特性作为评价参考基准,通过对太湖湖沼相典型沉积土的原状样和重塑样的固结压缩试验,从压缩特性方面探讨了如何评价土结构性对天然沉积土力学性状的影响。试验结果表明:土体结构性使天然土体具有的结构屈服应力对其变形性状起控制作用,屈服应力比YSR可判断土结构性的强弱;并与度量原位状态土体结构性抗力的应力灵敏度Sσ、衡量土的结构性对变形影响的稳定指数SI结合起来,作为定量分析和评价土结构性影响的指标;评价指标揭示出太湖湖沼相天然沉积土在沉积过程以及沉积后受到土结构性的影响,具有高位结构性。同时试验结果验证了该评价方法能够适合具有不同结构形式的天然状态土体。     

原状冻土融沉压缩仪的改进与试验研究

对常规固结压缩仪进行了改进,制作了原状冻土融沉压缩仪。利用改进后的融沉压缩仪对多年冻土原状样进行了试验,其结果基本符合试验土样的融沉特性,试验结果的精度满足工程要求,验证了改进后的融沉压缩仪可作为冻土融沉特性指标的测试仪器,为今后在工程实践中进行冻土原状样的融沉试验提供了技术支持。     

黏性土深基坑侧向卸荷变形特征研究

由于基坑侧向卸荷状态下的破坏特征和加载有很大的不同,其产生的安全问题一直是设计施工重中之重。依托于深圳某深基坑工程,开展了一系列K0状态下原状土的固结不排水三轴试验,对基坑开挖过程中,侧向土体的变形特征进行了分析。结果表明:卸荷应力路径下的原状土表现为轴向压缩,但其破坏应变最大仅为2.6%,远远小于常规三轴试验,且不同土样的临界卸荷比相差不大,利用正态分布分析得到所有黏性土的临界卸荷比分布区间为0.14～0.27。分析其本构关系时,发现若使用固结平均压力作为归一化因子,该地区土体具有良好的归一化特征,为该区域卸荷土体的变形及本构关系研究提供参考。     

Microstructure characteristics of cement-stabilized sandy soil using nanosilica

An experimental program was conducted to explore the impact of nanosilica on the microstructure and mechanical characteristics of cemented sandy soil.Cement agent included Portland cement type II.Cement content was 6% by weight of the sandy soil.Nanosilica was added in percentages of 0%,4%,8% and 12% by weight of cement.Cylindrical samples were prepared with relative density of 80% and optimum water content and cured for 7 d,28 d and 90 d.Microstructure characteristics of cementnanosilica-sand mixtures after 90 d of curing have been explored using atomic force microscopy(AFM),scanning electron microscopy(SEM) and X-ray diffraction(XRD) tests.Effects of curing time on microstructure properties of cemented sandy soil samples with 0% and 8% nanosilica have been investigated using SEM test.Unconfined compression test(for all curing times) and compaction test were also performed.The SEM and AFM tests results showed that nanosilica contributes to enhancement of cemented sandy soil through yielding denser,more uniform structure.The XRD test demonstrated that the inclusion of nanosilica in the cemented soil increases the intensity of the calcium silicate hydrate(CSH) peak and decreases the intensity of the calcium hydroxide(CH) peak.The results showed that adding optimum percentages of nanosilica to cement-stabilized sandy soil enhances its mechanical and microstructure properties.     

不同浸水时间黄河堤防土体强度特性试验研究

 土体抗剪强度参数在堤防边坡稳定性分析中是十分重要的,现行堤防设计规范没有涉及堤防土体浸水后强度特性变化情况。考虑黄河下游堤防洪水历史和堤防临水状况,进行堤身土体的固结压缩、直接快剪和不固结不排水三轴试验,特别是土样浸水后的强度特性试验,研究堤防土体浸水后强度指标的变化及其机制。试验结果表明：黄河下游堤防堤身土体浸水5 d后黏土压缩系数增大1.46倍,黏聚力最大降低72.6%;粉土压缩系数增大0.64倍,黏聚力最大降低62.8%,而2种土的内摩擦角变化较小。试验结果为黄河下游堤防标准化设计和堤坡稳定性分析提供了科学依据,并对黄河堤防的管理提出了建议。     

有机氯农药污染土强度特性及微观机理分析研究

土体受到有机氯农药污染后,其工程性质会发生改变,农药成分也会给周围环境带来严重危害,尤其是持久性有机污染成分的危害更大。国内外对农药污染土体的研究主要关注场地修复技术,对其工程特性评价的研究鲜有报道。本文通过室内配制不同浓度的有机氯农药污染土样,在养护龄期为1 d、7 d、28 d、56 d、90 d时,分别进行了无侧限抗压强度试验、渗透试验、扫描电镜试验(SEM),分析了污染土体抗压强度、渗透系数、微观结构的变化规律,并采用微观解释宏观规律。试验结果表明,有机氯农药污染后的土体强度随农药浓度的增加而减小,随龄期增长呈先增大后减小的趋势,56 d龄期时的抗压强度最大;渗透系数随农药浓度的增大而减小,随龄期的增加而增大;土体微观结构表现为随农药浓度增大絮状结构增多,从而很好地解释了宏观力学特性变化规律。     

基于SEM和MIP试验结构性黏土压缩过程中微观孔隙的变化规律

 为探求土体在变形过程中微结构形态的演化规律,对湛江结构性黏土进行室内压缩试验,通过真空冷冻升华干燥法对天然土和压缩后土制样,进行扫描电子显微镜扫描试验和压汞试验,基于灰度计算土的三维孔隙率,分析压缩过程中微观孔隙的变化规律。结果表明,较二值化处理获得的二维孔隙率,三维孔隙率物理意义明确,求取方法简单,有较高准确性。湛江天然黏土孔径为1.0～0.1 μm的小孔隙组占优,其孔隙体积占总孔隙体积的73%。压缩过程中,P＞?k前,各孔径组分变化甚微。P＞?k后,随压力的增大,小孔隙含量表现为先增加后降低。各孔隙组对外力的敏感度与孔隙体积含量正相关。由于压汞过程存在“瓶颈”效应,其结果可能会夸大小孔隙的分布密度而低估大孔隙的分布密度。结构性黏土压缩过程中微观结构形态的演化可分为结构微调、结构破损、结构固化3个阶段。该研究有助于深入了解土的变形机制,为结构性土的工程设计提供科学的依据。     

武汉地区饱和黏性土热物理性质试验研究

根据二相土的组成特点,研究饱和黏性土热物理性质与其含水量、密度及孔隙比等参数问的关系。在武汉地铁详勘阶段,采取一级阶地黏性土饱和原状土样,利用KD2 Pro Thermal Properties Analyzer热参数分析仪进行热物理性质试验,同时测试土样的含水茸及密度。对试验结果进行回归分析,分析时假设土中水及同体颗粒骨架的热物理性质为定值,且土中水分没有明显的迁移。结果表明：黏性土导热系数随原状土样密度的增加而增加,随孔隙比的增加而降低：比热容随原状土样含水量的增加而增加。结合试验结果及同外的经验公式．给出了便于工程使用的导热系数及比热容计算公式。     

基于微结构参数的饱和软土工程性质的研究

利用液氮冷冻制样、扫描电镜和计算机图像处理技术,采用多元逐步线性回归的方法,对广东科学中心46组饱和软土试样的颗粒分布分维值、孔隙分布分维值、孔隙度、孔隙总面积、孔隙总个数、平均孔隙周长、孔隙平均直径及孔洞的复杂度等微结构参数与压缩系数、压缩模量、内聚力和内摩擦角等宏观工程性质参数的关联性进行了分析,初步探讨了饱和软土微结构参数对工程性质的影响,为饱和软土微观结构力学理论的进一步发展提供了思路和方法。     

酸性溶液对花岗岩残积土物理力学特性的影响

花岗岩残积土是华南地区进行工程建设时的常见地层之一,它的工程性质易受到周围环境的影响。采用人工方法制备了4种不同浓度的硫酸溶液浸泡后的试样,同时与原状试样进行对比,系统研究了不同浓度的硫酸溶液、不同的酸液溶蚀时间对花岗岩残积土试样物理、力学特性的影响。试验结果表明:(1)随着酸液浓度及酸液溶蚀时间的增大,试样的土粒比重减小、孔隙比增大、颗粒粒径级配变差;(2)试样的剪应力-剪切位移关系曲线类型会随着法向压力及酸液溶蚀作用而发生变化;(3)硫酸溶液浸泡后,试样的抗剪强度参数粘聚力和内摩擦角都降低了,但粘聚力的降低效果更明显。     

基于SEM图像的灰土力学模型研究

灰土是古建筑常用的材料,因文物保护的要求,灰土取样受一定的限制,因此建立合适的力学分析方法对研究灰土及古建筑本体的力学性能具有重要意义。依据土的三相介质组成和微观尺度构成,将灰土分为颗粒、胶结物和孔隙三部分; 基于300倍SEM微观结构和图像处理技术构建了灰土力学模型,根据粒径组成和试验测试数据分析了胶结物的受力特性,得到了胶结物的塑性损伤模型,并进行了灰土模型的单轴力学性能仿真; 基于室内胶结试验结果建立了胶结物与含水率的应力-应变关系式。研究结果表明:灰土土样单轴压缩试验结果与基于微观尺度灰土分析模型的模拟结果相对吻合,验证了基于SEM分析模型进行灰土力学分析的可行性; 在一定含水率范围内,0.075 mm和0.1 mm粒径胶结物应力-应变变化规律基本保持一致; 在单轴压缩荷载作用下,试件颗粒与胶结物界面处及孔隙周围首先出现损伤破坏并产生裂缝,其主要原因是该区域存在应力集中现象,随着荷载继续增大,损伤区域向外扩展延伸,形成斜向连贯的断裂带,最终导致试件破坏。     

基于静力触探的不同压力段土体压缩模量确定方法研究

静力触探技术具有测试资料连续、重复性好、测试速度快、劳动强度低及经济效益高等优点,已在许多国家广泛应用,并在工程勘察中占有重要地位,然而在应用静力触探成果确定土体压缩模量工程化应用方面尚待进一步完善。本文通过开展深层双桥静力触探及其相应点位的土体固结试验,将所得静力触探试验结果与相应点位的不同压力段土体压缩模量进行综合对比分析,归纳总结出适用于天津地区的基于静力触探确定各土性不同压力段土体压缩模量的经验公式,所得研究成果可为相关工程提供参考,并推动静力触探技术工程化应用进程。     

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。