砂土微观结构样品制备技术及量化方法研究

土体的微观结构是决定其工程特性的重要内在因素,但对于砂土而言,如何制备适合微观分析的样品以及快速准确量化结构参数一直面临诸多挑战。为此,提出一种真空冷冻干燥?注胶相结合的砂土样品制备技术,该技术可在有效去除土样水分的同时保持样品原状结构不被扰动,并可用于后续加工处理。针对不同粒度的砂土样品,分别使用扫描电子显微镜和光学显微镜对制备的试样进行观察,基于自主研发的土体微观结构定量分析系统SMAS对拍摄的照片进行精细量化分析,提出了由土颗粒数量、颗粒周长、表观孔隙率、形状系数、等效直径、分形维数和形态比等参数构成的量度指标体系对砂土样品微观结构特征进行定量评价。研究结果表明：提出的真空冷冻干燥?注胶相结合的砂土样品制备技术具有操作简单、稳定可靠等特点,能有效维持砂土的原状结构;比较而言,扫描电镜更适用于粉细砂的微观结构分析,而光学显微镜更适用于中粗砂的微观结构分析;SMAS能有效识别微观结构图像中的土颗粒及孔隙,为定量分析砂土或其他土体的微观结构特征提供了高效的工具。     

土体微观结构定量分析系统及应用

土体微观结构图像的计算机处理是土体微观结构定量化研究的关键技术之一.在分析我国土体微观结构定量研究的进展的基础上,针对土体微观结构图像计算机处理软件对土体微观结构非确定型参数定量分析功能的不足,设计和开发了新版土体微观结构定量分析系统,以太原高阶地黄土为例,通过各夯击次数对应土样的定量化结构效应分析,探讨了其动力固结的微观结构变化规律.该系统的应用对推动我国土体微观结构的研究具有积极意义.     

增压式真空预压加固吹填超软土微观结构特征分析

先进行常规真空预压法（CVP）和增压式真空预压法（AVP）两组模型试验,分别对吹填超软土进行加固处理,对比分析其加固效果。再利用电镜扫描试验（SEM）和压汞试验（MIP）分别对两种方式加固后的吹填超软土进行微观结构测试,分析在两种加固方式下吹填超软土微观结构特征的变化,并通过Image-Pro Plus图像处理技术进行定量分析,模型试验结果分析表明增压式真空预压的加固效果优于常规真空预压,从土体骨架颗粒形态、骨架颗粒接触形式和骨架颗粒间孔隙3个角度说明了增压式与常规真空预压加固后土体的微观结构特征变化,微观结构定量分析表明,与常规真空预压相比,增压式真空预压加固后土体的孔隙数量、扁平度K、形状系数ff更大;土体的孔隙率、分形维数D更小;定向概率熵Hm没有明显的变化规律;孔径分布增量的峰值位置在左侧,说明增压式真空预压加固后土体的小孔隙数量更多。从微观角度证明了增压式真空预压法的加固效果优于常规真空预压法。     

长春季节性冻土地区土体微观结构与水分迁移的关系

利用扫描电子显微镜(SEM)技术,从土体微观结构特征出发,对长春—吉林公路某路段季节冻土的粒度成分、结构单元体成分、孔隙特征及结构特征进行了定量分析,并对其与水分迁移的关系进行了讨论。从SEM图像定量分析中可以看出,研究路段的土体,其微观颗粒——结构单元体、孔隙的定向性均较差,粒内微小孔隙发育,土体尽管在粘粒含量较高的情况下,也表现出孔隙主要在1~2μm内分布,即毛细孔隙极发育,说明样品具有各向同性的特点,即在外界条件相同的情况下水分迁移的通道在水平和垂直方向上具有相同的性质。     

浸水作用下湿陷性黄土微观结构及分形特征研究

针对延安新区湿陷性黄土，开展浸水试验，利用扫描电子显微镜获得不同浸水时长的黄土微观结构图像。运用Image Pro Plus（IPP）图像处理软件提取黄土的微观结构参数，结合分形理论对黄土的微观结构进行定量分析。结果表明：在浸水过程中，土体宏观表现为湿陷性减弱。土体颗粒排列、形态分布呈规律性变化；孔隙面积概率分布指数和颗粒分形维数均出现减小趋势，颗粒圆形度先减小后增大，排列发生定向改变；浸水作用对黄土微观结构的影响具有时效性，初始阶段土体受黏土矿物软化、可溶盐流失的影响，天然结构在水体扰动下逐渐失稳；随浸水时间的增加，骨架结构产生破坏，颗粒发生偏转、滑移、重组；平衡阶段颗粒形成新的结构，排列密集化，大、中孔隙减少，土体结构逐渐稳定。研究从宏观、微观两个角度研究了浸水作用下的黄土结构特征，为湿陷性黄土地区的工程问题提供了试验基础和科学依据。     

图像分析法在岩土结构中的应用

为了揭示土体工程特性与其结构变化之间的内在规律性,探讨了图像分析方法在岩土结构研究中的发展历程,从基本原理上分析了各种图像处理技术在岩土的宏、细观结构研究中的特点。宏观上主要是利用跟踪技术,针对土体中标志点的移动来定量分析岩土的力学性能;微观上主要是利用电子扫描显微技术对土的微观结构进行定量分析,同时部分学者还发展了X射线计算机扫描技术。最后提出利用远距离、远心显微镜头和电荷耦合器件(CCD)共同作用,开辟了一种新的岩土动、静态微细结构研究方法。     

基于Matlab的土体SEM图像处理方法

土的微观结构决定了其物理力学性状,对于土体的微结构研究主要通过对土体的显微图像的定性和定量分析完成。而由于影响土体显微图像成像的因素较多,其往往不能直接用于定量分析,所以需要通过图像处理技术来相对准确地定量表达土体的孔隙和颗粒实际状况。本文利用Matlab,针对土体显微图像的特征,系统提出了Matlab条件下适用于土体显微图像全流程三阶段处理方法:图像预处理、图像分割和优化成像、图像定量统计。通过对比分析处理效果,提出图像不均匀背景消除、对比度调整、图像降噪、图像二值、优化成像、定量分析等方面处理步骤的适用函数和方法,为科研人员进行土体微结构图像定性和定量分析提供技术支持。     

粘性土压缩过程中的微细结构变化试验研究

利用河海大学自行研制的土体微细结构光学测试系统,对某坝体粘性土在压缩过程中微细结构变化进行了定量分析研究,并分析了导致该坝体填料压缩性偏高因素,提取并分析了相关微细结构特征参数,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。     

延安新区马兰黄土湿陷特性的PFC2D模拟

为了深入了解延安新区马兰黄土的粒间作用,揭示其湿陷机理。首先利用扫描电子显微镜观察了黄土的微观结构特征,并且利用IPP图像处理软件对黄土颗粒定量分析,论证了PFC2D软件模拟黄土粒间作用的可行性。然后,基于离散元理论,利用颗粒流PFC2D程序模拟了延安新区不同埋深原状黄土颗粒的分布情况及颗粒间相互作用,以一种直观的方法再现了天然黄土的微观结构特征。对比分析了不同深度黄土颗粒分布及接触力分布与湿陷性的关系。结果表明:骨架颗粒间的作用决定了土体的结构强度,尤其以团粒结构的接触力为主。随着深度的增加,黄土骨架颗粒由点接触方式逐渐过渡到团粒重叠接触,粒间接触力明显增强。PFC2D模拟方法为黄土湿陷性成因机理研究提供了新的思路。      

ERDAS软件在土体微观结构研究中的应用

有效地对土体微观结构进行量化是目前土体微观结构研究的热点,为了对土体的微观结构进行定量描述,本文利用ERDAS图像处理软件,介绍如何方便快捷提取微观结构参数,为土体微观结构量化提供一种有效的分析方法,并以深圳某填海区淤泥为例,结合土工试验结果,分析该地土体的孔隙特征参数,结果表明,淤泥中孔隙具有很好的分形特征,并简要分析了孔隙分布分维数及其物理意义。     

岩石坚硬程度对核电厂地基-基础地震响应特征的影响分析

考虑核电厂地基-基础的动力相互作用,应用显式动力有限差分法分析了地震作用下极软岩、较软岩、坚硬岩上核电厂建筑结构基础的地震响应特征,比较了岩石坚硬程度对基础加速度反应谱的影响。研究表明：随着岩石坚硬程度的提高,核电厂建筑物结构基础的地震响应有增加的趋势;在周期轴上,基础处的加速度反应谱曲线会随着岩石坚硬程度的提高逐渐向短周期（高频段）方向移动。在高频段,建造于较坚硬岩石上基础结构的加速度反应谱值偏大;在中等频段,建造于较软岩石上基础结构的加速度反应谱值偏大;在低频段,岩石坚硬程度对加速度反应谱的影响不显著。     

Geochemistry of Thermal Waters of Continental Margin of Far East of Russia

Studied waters belong to warm(T=30-50℃),alkaline(pH=8.9-9.3),low mineralized(TDS235 mg/1)Na-HCO_3 or Na-SO_4-HCO_3 thermal waters with high content of SiO_2(up to 81 mg/l)and F(up to 3.9 mg/1),occur on modern volcano-tectonic rejuvenated areas of Eastern Sikhote-Alin orogenic belt.Low~3He concentration as well as N_2/O_2 and N_2/Ar ratios exclude influence of deep mantle fluid.New rare earth element data constrain our understandmg of water-rock interaction occurring in the water source region.Meteoric origin of waters is proved by stable isotope values varying from-71‰to-136.1‰and from-10.8‰to-18.8‰forδ~2U andδ~(18)O respectively.REE patterns reflect high pH,resultfing from water-rock interaction and oxidative conditions.Calculations of deep aquifer temperature using Na-K and quartz geothermometers show 116.8-131.1°C and 82.2-125.8℃respectively.Presence of deep faults both with abnormal thermal gradient(~45-50 K/km)define unique geochemical shape of thermal waters of Sikhote-Alin,area,where no present volcanic activity is registered.     

Strains of scattering of near-field of a point source

Three dimensional scattering of near-field is studied for dilatation and rotation in the time domain. The perturbation method is applied to solve the equation of motion for the first order scattering from a weak inhomogeneity in an otherwise homogeneous medium. The inhomogeneity is assumed close enough to the point source so that the near-field intermediate wave is dominating over the far-field sphericalP andS pulses. The integral expressions are derived to relate dilatation and rotation of scattering to the radial fluctuations of velocities and density in the inhomogeneity. These integrals are solved to calculate the strains of scattering from (a part of) an inhomogeneous spherical shell of arbitrary curvature. Variable curvature may allow the shape of inhomogeneity volume element to change uniformly from spherical to rectangular. Rotation of scattering from a spherical shell is independent ofP wave velocity inhomogeneity. Dilatation of scattering does not involveS wave velocity inhomogeneity but its gradient. The back scattering results are obtained as a special case. Strains are computed numerically, for hypothetical models to study the effects of various parameters viz., velocity inhomogeneity, distance of source from inhomogeneity and from receiver, and thickness of inhomogeneity. The curvature of the spherical shell is varied to study the effects of the shape of inhomogeneous volume element on scattering.     

土石坝心墙水力劈裂分析

简要分析了水力劈裂的发生条件、力学机理。基于水压楔劈机理,利用有限元方法建立了一种水力劈裂的发生判定方法。该方法假定心墙预先存在局部渗透弱面（裂缝）,通过将裂缝位置的单元材料改为裂缝软材料,考虑库水进入裂缝后对裂缝周围土体的作用,建立水力劈裂分析的平面有限元模型,确定裂缝端部垂直于裂缝面的正应力,进而依据该正应力判断水力劈裂发生的可能性,该方法同时可模拟水力劈裂的发展过程。     

土钉支护失稳分析

某基坑采用复合土钉墙支护,开挖至坑底后,基坑北侧发生失稳事故。本文就其事故发生原因作一探讨。     

地震次生地质灾害风险评估集对态势分析

5．12四川汶川8级强震引发了大量次生地质灾害,加剧了灾情并严重影响抗震救灾。地震次生地质灾害受多重因素制约,其孕育与致灾过程具有不确定性。利用集对分析原理与方法,对地震次生地质灾害进行同异反态势分析,拟定了风险评估的集对分析同一度、差异度、对立度等指标体系的构建原则与赋值标准,对承灾体系统的不确定性及其作用作了刻画与分析,建立了不同风险分区代表性的集对分析联系度表达式,为地震灾害研究提供了可资借鉴的新思路和技术方法。     

下扬子区三叠纪古地理演化

下扬子区在三叠纪期间接受了早-中三叠世海相碳酸盐沉积、中-晚三叠世海陆交互相和陆相湖沼沉积.沉积相带的空间分布和古地理格局的变迁明显地受到区域构造的控制.区内盆地发育与演化是在华南板块与扬子板块、扬子板块与华北板块相互作用的背景下进行的.早-中三叠世末期的印支运动是下扬子区构造-古地理格局改变的决定性因素,使下扬子海盆闭合,沉积类型由海相沉积变为陆相沉积.下扬子区三叠纪古地理的演化特征也为板块碰撞提供了沉积证据.     

多年冻土融沉性分类研究

在冻土工程中,冻土的融沉性评价是工程地质勘察的主要内容之一,融沉性分类是冻土地基基础设计施工的重要依据．根据345个冻土原状样品融沉压缩试验数据,提出了细砾、砂土、粉土、黏性土、泥炭化黏性土和泥炭质土等6类土的融沉系数一含水量或融沉系数一超塑含水量线性回归方程式,得到与各融沉性分级相应的界限含水量或界限超塑含水量．最后...     

Kinetics of dehydration of Ca-montmorillonite

Isothermal thermogravimetric experiments have been carried out to determine the reaction kinetics of the dehydration processes in fuller's earth, a natural Ca-montmorillonite. Dehydration in swelling clays is a complex reaction, and analysis of the thermogravimetric data using empirical rate equations and time-transformation analysis reveals that the nature of the rate controlling mechanism is dependent upon both the temperature regime of the sample as well as the extent of reaction. For fuller's earth, we find that the dehydration kinetics are dominated by a nucleation and growth mechanism at low temperatures and fractions transformed (stage I), but above 90 °C the last stages of the reaction are diffusion controlled (stage II). The activation energy for dehydration during stage I is around 35 kJ · mol⁻¹, whereas the removal of water during stage II requires an activation energy of around 50 kJ · mol⁻¹. These two stages of dehydration are associated with primary collapse of the interlayer (stage I) and movement of water that is hydrated to cations within the interlayer (stage II). Received: 28 August 1998 / Revised, accepted: 27 January 1999