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。     

利用SEM照片获取土的孔隙结构参数

以土工实验和计算机图像处理技术为基础, 探讨利用SEM照片获取土的孔隙结构参数的方法, 并以重塑粘性土为例进行实证分析.为获取孔隙结构参数, 首先分3个步骤对土样的SEM照片进行图像处理: 即照片格式转换、颗粒边际线探测和颜色充填; 然后针对黑白二元图像测算孔隙结构参数.从设计制备的重塑粘性土的三轴试验样品中, 选择了12个不同水分状态和密度状态的样品, 经风干和烘干后, 进行SEM测试, 每个样品拍摄了3个尺度的SEM照片, 放大倍数依次为500倍、1000倍、2000倍.之后, 对所获得的SEM照片进行了图像处理分析, 计算了相应的平面孔隙比和平面孔隙率.数据分析表明: SEM照片测算的孔隙参数与通常三相图计算的孔隙参数有关联, 测算数据可以反映土的孔隙结构特征; 样品的不同脱水方式对SEM照片测算的孔隙参数有影响, 与三相图法计算数据相比, 风干土样测算的数据略有偏大, 烘干土样测算的数据偏小; 同一土样不同比例尺的SEM照片测算出的孔隙参数有所不同, 邻近三相图法计算结果上下波动; 利用SEM照片提取土的结构信息是可行的, 对SEM照片进行图像处理分析是获取土的孔隙结构参数的有效办法.      

天津黏土的微观结构与压缩变形特征

地面沉降是天津市平原区的主要地质灾害,产生地面沉降原因之一为地下水开采层内黏性土压缩。为深入认识黏性土压缩变形特征,对不同深度黏土样品进行黏土物质组成、微观结构特征、孔径分布等方面的微观结构测试分析。大于10μm孔隙主要为碎屑颗粒刚性骨架孔隙结构,选取的8组原状样品中的5组孔隙率大于30%,现状黏性土仍处于快速压实阶段;孔隙分布表明,黏土压缩过程主要为大于1μm的孔隙变形,变形后由更细小颗粒填充。分析研究成果对地面沉降防治具有一定指导意义。     

土的电阻率室内测试技术研究

土的电阻率可反映土的组成和结构特征。室内测试是研究土电阻率的主要方法之一。本文在分析影响电阻率因素的基础上,总结了国内外现有土电阻率测试的原理与方法,介绍了作者研制的一种实用土电阻率测试仪,并通过典型试验,论证了该测试仪器的可行性,可以在室内土电阻率测试试验中应用。     

红土含水量、密度与横波声速及动力学参数相关性的实验研究

本文介绍了利用超声脉冲法研究土的动力学性质与含水量、密度的相关性的实验结果。一、实验设备及样品制备1.实验装置:超声脉冲法测量系统方框图1。     

浙江湖州地区膨胀土特征探讨

章通过膨胀土的分布，成因类型，成分和结构特征及物理，力学性质的分析，证实膨胀土并非是理想的持力层。     

岩石和矿物中硅同位素组成分析制样装置改进及分析方法

在原有五氟化溴-硅同位素组成分析方法及样品制备装置基础上,对分析方法进行优化并对样品制备装置进行改进。改进的样品制备装置包含12套独立的硅同位素样品制备、分离、纯化及收集单元,可同时对12件样品进行分离、纯化及收集,提高了制备效率。以国家标准物质GBW04421、石英单矿物以及硅质岩地质样品为参考,在改进的装置上进行硅同位素样品制备分析,其分析精度分别为0.08‰、 0.07‰和0.08‰,均优于0.1‰,标准物质δ30Si的测量平均值为-0.04‰,在误差范围内与标准值-0.02‰相吻合。样品制备效率及分析结果表明:改进的硅同位素样品制备装置及分析方法测量结果准确可行。     

风积土料制备施工技术探讨

风积天然土料含水量一般都不满足最优含水量要求,低于最优含水量3%~6%,为了取得大坝和道路填筑需要的最优含水量的土料,需要对土料进行制备加工处理,在土料开采场进行开挖沟槽和筑畦泡土,在土料制备场进行高坡溜土,二次补水,经过堆土牛窝土,使土料含水均匀,满足要求。     

CaO对钙矾石固化/稳定化重金属铅污染土的影响

为研究CaO的赋存形态及含量对钙矾石固化/稳定化重金属铅污染土效果的影响,采用高铝水泥提供AlO2-,纯石膏或磷石膏提供SO42-,高铝水泥、石膏、普通硅酸盐水泥或生石灰提供CaO,制备不同组分固化剂配比的固化土,测试试样强度和孔隙溶液pH值等宏观物理力学指标,通过醋酸缓冲溶液法测试试样的铅溶出量,对比分析不同固化剂固化土的矿物成分与微观结构特征。结果表明,钙矾石固化/稳定化重金属铅污染土效果显著;钙矾石对孔隙的填充作用带来的增强效果不能代替水化硅酸钙胶结土颗粒的胶结作用,普通硅酸盐水泥对试样的强度更有利,但其后期强度增幅不大,而生石灰有利于固化土强度的持续增长;生石灰较普通硅酸盐水泥对钙矾石的形成、稳定和重金属Pb2+的固化/稳定化更有利;磷石膏和纯石膏对试样的pH值、无侧限抗压强度及钙矾石固化/稳定化重金属Pb2+的效果影响较小;固化土体微观结构特征表明,CaO含量对钙矾石生成形态及作用效果影响显著。当CaO含量较低时,早期生成的钙矾石将向单硫型硫铝酸钙转化。研究成果可丰富重金属污染场地原位处理技术,具有重要的理论意义和工程应用价值。     

保加利亚高等地质及矿业学院K·阿基诺夫博士应邀来我院讲学

今年三、四月份,保加利亚高等地质及矿业学院副教授K·阿基诺夫(Anguelov)应邀来长春地院讲学。讲学的内容有三部分,第一部分为粘性土的微观结构及其成分。在这一部分他重点讲述了四个问题:粘性土成分;结构的研究方法;结构基本单元和结构连结;粘性土微观结构类型和粘土质岩的分类。 关于成分、结构研究方法,他介绍了目前世界上所使用的各种方法,并着重介绍了电子显微镜、x光衍射、热分析等方法在粘性土成分结构研究中的应用和有关注意事项。例如,电镜样品的制备,用     

上海地区淤泥质粘性土固结试验方法探讨

本文对上海地区具有最大压缩性的淤泥质粘性土的固结试验,进行了四种方法的探讨,针对软土结构特征,在加荷速率和荷重率方面作了优化选择,为提高试验效率、保证成果质量,提出了适合上海淤泥质粘性土的固结试验方法。     

基于BOTDR的一种土压力测量管研究

目前振弦式土压力计以及电阻式土压力计虽然被广泛使用,但具有成本较高、抗电磁干扰性较差、仪器成活率偏低等缺点,并且测试数据容易失真,难以准确测量土压力。基于BOTDR设计一种土压力管用于土压力的监测,介绍土压力管的结构特征、测量原理,并对其进行压力、温度的标定试验。在室外场地通过钻孔直埋的方法将压力管埋入地下25m进行实地测量,获取测量数据,并与振弦式土压力计数据及计算值进行了对比,说明该压力管测量土压力方法有效。     

先期固结压力理论的新认识

近年来,在对国内广泛分布的老粘性土、红土等土体的研究过程中发现,这些土均为＂超固结土＂,其先期固结压力（Ｐｃ）值不仅与土的受荷历史有关,而且还与土的物质组成和结构特征有着十分密切的关系。研究结果表明,影响Ｐｃ值大小的因素很复杂,红土和下蜀土中对Ｐｃ值大小起决定作用的为游离氧化物的胶结连结,而黄土状土中土自重压力则为主导因素。可见土的先期固结压力并非唯一由上覆荷载所致。     

化学刺激法提高花岗岩类岩石裂隙渗透性的实验研究

增强型地热系统(EGS)用于通过人工形成地热储层的方法从深部低渗透性岩体中开采地热能;国际上常采用水力压裂辅以化学刺激的方法改造EGS 储层以提高其渗透率。本文以采自青海共和盆地的花岗闪长岩样品为对象,选用3种不同化学刺激剂(氢氧化钠、盐酸和土酸),在3组不同注入流速条件下开展了系统化学刺激实验。结果表明:注入盐酸和土酸后样品渗透率均有提高,且采用土酸时渗透率提高幅度明显大于盐酸;但注入氢氧化钠后,样品渗透率反而降低。在3类化学刺激剂中,土酸对长石类矿物的溶蚀能力最强,而氢氧化钠溶液对石英的溶蚀能力最强,但氢氧化钠溶液在溶解岩石样品裂隙表面矿物后极易形成非定形态二氧化硅或非定形态铝硅酸盐蚀变矿物并阻塞裂隙,反而对化学刺激效果造成负面影响。总体来看,土酸是青海共和盆地干热岩体的最佳化学刺激剂。在中等注入速度(3 mL·min^-1)条件下,土酸对岩石样品的溶蚀程度就可达到最高;在此基础上进一步降低流速,则可能使溶解组分更易从液相中沉淀而充填于样品裂隙,导致样品渗透率有所下降。     

土的微观结构研究概况和发展

土体的工程力学特性受许多因素的影响,其中土的微观结构特征是重要因素之一,近年来受到许多工程技术人员和科研人员的重视。本文简要地回顾了土结构研究的历史进程,扼要介绍了国外的某些研究内容,成果和我国近几年来对不同代表性土的研究结果。最后,对微结构研究的进一步发展提出了一些看法。     

昆明红土微观结构特征参数分析

红土的特殊物理力学性质主要是由它的微观结构特征决定的。分析了昆明红土在电子显微镜下的微观结构特征,从经过处理的红土微观结构照片中提取了面积比例、平均周长、最大面积、圆形度、复杂度、定向度和分布分维等定量化参数,并将这些定量化参数与红土的物理力学性质之间建立了联系。     

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。     

广东揭阳土壤镉含量的空间分布特征及影响因素

以广东省揭阳市土壤为研究对象,采集了1 330个表层土壤(0~20 cm)样品和331个深层土壤(150~200 cm)样品,通过 GIS 空间分析技术、半变异函数拟合和方差分析等方法对研究区土壤镉含量的富集特征、空间分布、结构特征以及影响因素进行了系统分析。结果表明,研究区表层土壤镉含量的均值为0.09 mg/kg,高于该区土壤背景值,但低于GB 15618—2018《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》的标准值。通过富集因子法研究表明,研究区表层土壤镉主要为轻微污染和中度污染。从结构特征来看,研究区表层土壤镉含量呈中等空间相关性。揭阳市表层土壤镉含量高值区主要分布在人类活动密集的东部和南部地区。土地利用类型、成土母质和土壤类型是影响表层土壤镉含量的重要因素,在不同土地利用方式下,建筑用地土壤镉含量最高;不同成土母质中,第四纪沉积物土壤镉含量显著高于其他母质;不同土壤类型中,水稻土的镉含量相对较高。     

松嫩平原土体工程地质特性

本文是在地矿部下达的“松嫩平原水文地质工程地质综合评价”工作的基础上,集中讨论了有关土体工程地质特性问题。根据粒度成分和其他工程地质特性,将土体分为砾质土、砂性土、粘性土和特殊土四大类。又依据成因、时代、物理力学性划分亚类。按亚类描述其分布、厚度变化、结构特征等,并根据物理力学指标评价其强度及主要工程地质问题。     

单轴拉伸法测定土的抗拉强度试验研究

采用单轴拉伸法研究了影响土的抗拉强度测试方法的因素,探讨了加荷速度、样品直径、高径比对土的抗拉强度测试值的影响,试验结果表明,样品直径对土的抗拉强度测试结果影响不大,加荷速度和高径比是影响土的抗拉强度的测试结果的重要因素。给出了单轴拉伸法测试土的抗拉强度的加荷速度和高径比的建议值。