軟粘土等向固結過程中微觀孔隙結構演化機制的定量研究.pdf

1、土體的微觀結構是決定其力學性質的重要因素，因此，在土體工程性質的評價體系中，對微觀結構的研究具有重大的理論和應用意義。然而土體的微觀結構是非常復雜的多孔結構，現(xiàn)有的研究手段往往難以準確地對其進行描述和模擬。鑒于此，借助于高等學校博士學科點專項科研基金(編號：20070497107)本文基于等向固結試驗和滲透試驗，采用掃描電鏡(SEM)和IPP圖像處理技術，針對軟粘土固結過程中微觀孔隙結構的演化機理進行了定性及定量研究。本文的研究方法和主

2、要成果如下：
　　 (1)本文首先綜述了土體微觀結構及土體分形理論研究的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀以及研究動向，并對本課題的研究背景與意義做了簡要介紹。
　　 (2)對原狀軟粘土進行不同等向固結壓力下的固結試驗，得到了其相關力學參數(shù)，并對固結試驗前后的試樣制作擾動樣進行滲透試驗，試驗結果表明：滲透系數(shù)與固結壓力呈指數(shù)關系變化，所施加的固結壓力越大，其擾動樣的滲透系數(shù)越?。粶囟群屯馏w的差異性均對滲透系數(shù)有較大影響，初步認為：若水溫在1

3、0℃以下，則溫度越高，滲透系數(shù)越大。
　　 (3)采用SEM定性研究固結試驗前后各個試樣微觀結構的形貌特征，并基于SEM試驗研究，利用IPP圖像技術對其進行定量研究，分析孔隙的大小、數(shù)量、面積、孔隙度、表面分維數(shù)、圓形度等指標及其分布規(guī)律。結果表明：軟粘土等向固結時，其微觀結構由絮凝結構變?yōu)榫o密結構，且隨著固結壓力的增大，孔隙度、孔徑、孔徑的分布范圍及總孔隙數(shù)量均逐漸變小，促進了孔隙級配的相互調節(jié)。此外，表面分維數(shù)呈正態(tài)分布，且

4、其曲線呈向左平移的趨勢；同時，圓形度呈指數(shù)遞減趨勢。
　　 (4)基于試驗研究，采用Sierpinski地毯模型對軟粘土進行分形研究，探討了分維數(shù)與土體各項微觀孔隙參數(shù)、力學性能指標及滲透系數(shù)的相互關系。研究結果表明：軟粘土具有明顯的分形特征，隨固結壓力的增大，孔隙度降低，Sierpinski分維數(shù)增大。分維數(shù)與固結壓力、孔隙度、孔隙數(shù)量和固結變形量有較明顯的線性關系；分維數(shù)與滲透系數(shù)之間呈現(xiàn)較明顯的指數(shù)增長關系；這說明分維數(shù)可