扫描电子显微镜在黄土微结构研究上的初步应用

本文是我们借助扫描电子显微镜,对中国黄土石英颗粒表面特征、黄土微结构及黄土钙质结核结构等进行系统研究的同时,在工作方法上的初步总结。大量资料表明,扫描电子显微镜在黄土微结构研究中有重要作用,合理、有效地运用扫描电子显微镜是获取黄土微结构翔实资料的可靠保证。文章重点介绍扫描电子显微镜下进行黄土微结构等研究的主要方法和步骤,包括样品的制备、观察方法及图象解译及结果等内容。     

黄土微结构的试验研究

本文通过电镜扫描分析手段,对Q3黄土试验场地土样微结构特征的各项指标进行了比较和分析,旨在找出其规律性。同时,本文还介绍了黄土微结构的研究方法和要求。结合室内实验,对所获得的一系列黄土特性量化指标进行了分析对比,揭示了微结构与黄土液化之间的内在联系。研究结果表明,由统计值变异系数,能达到对黄土场地液化势起到相当程度确定性的目的,验证了利用微结构研究黄土结构变化的可行性。     

基于微结构参数主成分的黄土湿陷性评价

黄土的湿陷性与其微观结构特征密切相关,它的微结构又受其应力状态和所处的含水状态影响。通过改变含水率与固结压力,对西安原状黄土进行了湿陷性试验,由此分析了不同含水率与固结压力条件下湿陷性的差异与联系,同时通过电镜扫描（SEM）获取了湿陷前、后黄土试样的微结构照片,进而获取了相应条件下的SEM照片的简单微结构参数。分析了湿陷前、后微结构参数的变化,探讨了简单微结构参数间相关关系,基于主成分分析法构建了合成微结构参数。研究表明：随着固结压力的增大,颗粒体所占比重越来越大,第1主成分近似线性增大,黄土湿陷系数与其累积主成分呈线性关系。根据这一重要认识,建立了主成分得分的湿陷系数计算方法,进而建立了黄土湿陷性评价方法。该研究对定量研究黄土湿陷性的微结构效应做了有益的探索。     

湿陷性黄土变形的微结构突变模型研究

根据湿陷性黄土的湿陷特点,分析了其主要影响因素,包括外部因素：水、荷载与内部因素微结构及其力学性质。从湿陷性黄土的湿陷性影响出发,建立了湿陷性黄土结构失稳突变模型,并从模型基本假定、微结构模型应力特性和湿化于微结构失稳的突变关系3个方面进行了理论分析研究,在一定程度上揭示出湿陷性黄土变形机制和规律。通过微结构突变失稳理论发现：当应力状态满足孔隙微结构失稳判别式时,微结构元的变形状态将诱发微结构失稳崩塌。微结构的稳定性与结构刚度 和受力状态 密切相关。地下水不仅改变了颗粒的受力情况,更重要的是使颗粒间连接刚度降低,从而导致微结构失稳。     

黄土压缩变形的微结构效应

通过微结构要素定量分析,研究了黄土在压力作用下的微结构要素变化规律,结构状态变化的阶段性和结构要素调整的差异性等问题,初步揭示了黄土宏观变形的微结构控制机理。     

黄土微结构区域变化规律及与湿陷性相关性研究

黄土中的微结构是影响黄土湿陷的重要因素。本文运用扫描电子显微镜对黄土微结构进行观察并对统计数据进行了分析，结果表明黄土微结构在区域上存在一定的变化规律。即，由西北的粒状、支架接触式结构，逐渐过渡到东南的凝块、镶嵌胶结式结构。通过对黄土矿物颗粒接触关系和孔隙与湿陷性的关系的分析，并根据非饱和土粒间吸力理论分析，认为支架结构孔隙为黄土湿陷变形提供了空间条件，而黄土微结构吸力空间分布的不均匀性是引起黄土湿陷的根本原因。     

加气硅化黄土的微结构研究

采用扫描电镜、数字图像方法和表面积孔隙分析仪研究了天然黄土和固化龄期13,19,24 a加气硅化黄土的微结构和孔隙特征。结果表明：天然黄土和加气硅化黄土的微结构均以粒状架空结构为主;加气硅化黄土架空孔隙内充填有少量凝胶;这些凝胶附着在骨架颗粒表面,增大了颗粒间的接触面积。与天然黄土相比,硅化黄土孔径分布基本无变化,平均孔径、面积比和孔隙体积没有降低,但孔隙表面积从17.810 4 m2/g 增加到27.473 5 m2/g。加气硅化黄土的机制是保持黄土架空孔隙基本不变,通过凝胶薄膜强化了黄土微结构中胶结物的强度,将骨架颗粒黏结成为一个空间网状整体,消除了黄土的湿陷性,并提高了其工程力学性能。     

黄土湿陷过程中微结构变化规律的电阻率法定量分析

针对现代土力学中土的微结构定量分析的困难,考虑到电阻率法在土的微结构研究中的突出优点,引入电阻率法进行黄土湿陷过程中的微结构变化规律定量分析,探讨土电阻率法在土的微结构定量研究中的应用。以典型的非饱和黄土为研究对象,通过同步测定黄土湿陷过程中土样的竖向与横向电阻率大小,计算出土电阻率结构性参数指标,包括土的竖向与横向结构因子、平均结构因子、各向异性系数与平均形状因子的大小,分析了黄土湿陷过程中土电阻率结构性参数的变化规律,建立了定量描述黄土微结构变化规律的电阻率评价方法。试验研究表明,土的电阻率法具有连续、快捷与测试方便等诸多优点,通过土的电阻率结构性参数指标的研究,可有效进行土的微结构变化定量分析。     

黄土沉积过程及微结构模型的非连续变形分析

黄土是一种具有特殊结构的多孔隙、弱胶结的松散沉积物,存在典型的微观架空结构,其力学行为是微观结构变形与破坏的宏观体现。从本质上揭示黄土的力学行为,需从黄土微结构出发,而黄土的物质组成和微结构特征受其特殊的风积成因所控制,基于此本文提出了一种模拟黄土沉积过程并构建其初始结构模型的方法。为了生成黄土沉积后所形成的微结构模型,并对其进行变形模拟,首先在确定黄土颗粒形态的基础上利用Monte Carlo法生成沉积前的黄土颗粒群,然后引入非连续变形分析方法(DDA)模拟颗粒的下落,该方法能够模拟颗粒下落过程中的相互碰撞及摩擦,由此建立与实际比较接近的黄土初始结构模型。从模型中可以识别出大、中、小3类孔隙结构和台阶(staircase)、重叠(stack)、点接触(point contact)、T型4种接触形式。对所生成的黄土结构模型进行不同压力下的压缩试验,选择不同部位的颗粒作出了径向分布函数,从微观角度说明了黄土在压缩过程中大孔隙和架空结构会首先被破坏。设计了与数值模拟相同条件下的物理模型试验,将两者试验结果进行对比,结果表明数值模拟与物理模型试验的e-lgp压缩曲线的趋势大致相同,表明所提出方法是可行的。该方法为进一步开展黄土力学行为的微观分析提供了基础。     

黄土-古土壤序列的典型微结构与1万年来的环境演化——以关中地区的全新世黄土剖面为例

通过对土壤微结构系统的研究,发现黄土高原南部全新世黄土-古土壤序列的微结构可分为基底式胶结结构、胶斑状结构、斑状-胶斑结构、粒状结构、似粒状结构和粒状-斑状结构.其中前3种总是出现在古土壤中,其形成在温暖湿润、植被茂盛的环境下;后3种总是出现在黄土或风化黄土中,形成在以干旱为特征的环境下.微结构沿黄土剖面垂直方向上的变化,实质上揭示了1万年来的环境变化.     

陕西黄土微结构的扫描电镜分析

人们对微观世界的探索已有漫长的历史。有关土的结构研究, 前人已经完成了许多有价值的工作。近些年, 我国黄土微结构研究, 由于应用电子显微镜等实验技术, 取得了长足的进展。物质的结构总是与其形成相联系的。黄土的结构特征亦必根源于它的堆积环境和形成过程。故本文拟从简略阐述陕西黄土的堆积环境出发, 根据扫描电镜和X射线能色散仪, 对几个实侧的典型黄土剖面的不同层位、不同状态的样品观察试验结果, 结合陕西黄土区域工程地质研究成果, 来讨论陕西黄土的微结构问题。     

高速铁路地基黄土湿陷前后微结构变化研究

以新建郑 (州)--西 (安) 高速铁路为例,选取典型路段 (华阴段),采集原状黄土样品进行室内试验,通过扫描电镜、计算机图像处理等方法,研究 Q3 黄土在不同压力作用下湿陷前后微结构参数的变化,得出其湿陷性与微结构的关系,结果表明:黄土湿陷性主要是由大、中孔隙含量引起的.其含量与黄土湿陷系数具有定量关系.     

西部大开发中的黄土地震灾害问题

黄土是一种多孔隙弱胶结的第四纪沉积物 ,它广泛分布于亚洲、欧洲、北美和南美等地 ,涉及中国、前苏联、法国、德国、波兰、匈牙利、罗马尼亚、墨西哥和美国等许多国家。在我国 ,黄土主要分布于黄河中、下游的甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西、河南和河北诸省区 ,在东北和新疆也有少量黄土分布 ,覆盖面积达 6 4万ｋｍ2 ,约占我国领土面积的 6 6 % ,占世界黄土覆盖面积的 49%。特别是我国西北地区 ,黄土分布广 ,厚度大 ,地层完整 ,地貌类型多而复杂 ,为世界上黄土最为发育的地区。由于黄土微结构所具有的独特动力性质 ,使其表现出很高的地震…     

陕西黄土的微结构的初步研究

黄土微结构的研究前人做过大量工作,近年来有相当地发展。本文从陕西黄土的堆积环境出发,根据扫描电子显微镜和X射线能量色散仪,着重对洛川和渭南剖面进行了初步研究。     

灌溉作用下黄土宏观力学响应及微观结构特性研究

从黄土特有的水敏性和微结构角度出发,开展灌溉作用下,水体入渗过程中黄土宏观力学响应与微观结构特性之间变化规律的研究。设定了不同含水量下的黄土宏观力学与微观结构试验,旨在得到水对黄土的应力应变响应规律及试验前后剪裂面上黄土微观结构的变化特征。结果表明:研究区Q3黄土的应力-应变曲线随着围压的增大呈现出由应变软化型向应变硬化型转变,随着含水量的增大呈现出由应变硬化型向应变软化型转变的规律;并以此确定了研究区黄土结构屈服应力σk所对应的应变值一般小于2%;结合饱和Q3黄土三轴固结不排水剪切试验获得了研究区黄土的稳态线参数及状态边界面参数,并在假设不同围压条件下稳定状态收敛的前提下,得到近似状态临界面公式;分析了Q3黄土在不同围压和含水量下的破坏模式,其特征表现在黄土试样剪切前后的微观结构变化主要表现在微结构类型的转变、孔隙含量减小及微裂隙的发育程度上。     

黄土—古土壤序列的典型同结构与1万年来的环境演化——以关中地区的全新世黄土剖面为例

通过对土壤微结构系统的研究，发现黄土高原南部全新世黄土－古土壤序列的微结构可分为基底式胶结结构，胶斑状结构，斑状－胶斑结构，粒状结构，似粒状结构和粒状－斑状结构，其中前3种总是出现在古土壤中，其形成在温暖湿润，植被茂盛的环境下；后3种总是出现在黄土或风化黄土中，形成在以干旱为特征的环境下。微结构沿黄土剖面垂直方向上的变化，实质上揭示了1万年来的环境变化。     

安太堡露天煤矿排土场基底黄土的微结构演化与弱层的形成机理

本文根据安太堡露天煤矿排土场基底黄土的粘土矿物组成的微结构及其在分级荷载下微结构变化的研究，论述了排土场基底黄土内弱层的形成机理，提出弱层是在上覆排土压力下由于黄土的微结构变化而形成的演化弱层。并指出弱层的形成是导致排土场失稳滑坡的主要控制因素，这种弱层在新排土场设计时期并不存在，极具隐蔽性，但在设计时必须考虑在排土增至一定高度后，弱层的形成对排土场稳定性的影响，否则必将会存在重大滑坡隐患。     

黄土湿陷微观机理研究现状及发展趋势

黄土特有的湿陷性使其具有遇水软化和工程扰动的强致灾特性,从根本上认清黄土的湿陷机理,是解决黄土地区地质灾害及工程地质问题的迫切需求。文章搜集整理黄土湿陷机理方面的研究成果,从黄土的胶结物组成、性质及胶结方式,微结构特征和颗粒间作用力等三个方面归纳总结黄土湿陷微观机理的研究现状。通过实例分析初步探讨了延安新区马兰黄土的湿...     

西安东部黄土断层活动性与显微结构的相关性

本文研究了西安东部包括临潼—长安断裂在内的三条活动断裂的黄土样品,运用扫描电子显微镜(SEM)分析了其微结构类型。根据微结构的组合特征讨论了断裂的粘滑(快速滑动)和稳滑(蠕滑)作用。断裂的粘滑作用与地震的关系密切,其微结构的组合标志为:结构定向性、随机性新生矿物和非粘结型滑面。     

黄土湿陷性及其成因

本文根据甘肃17个剖面湿陷系数的测定,查明黄土湿陷性从上向下呈现波动变小,造成湿陷性垂向上变小的原因是土层自重压力,引起波动变化的原因是土层受成壤强弱的差异。作者根据镜下鉴定和湿陷性与成壤强弱关系的研究,将黄土微结构分为18种类型,指出湿陷性是在几种特定的成壤过程中产生的,是成壤作用弱的黄土所具有的特征,受风化成壤作用强的黄土不具湿陷性。