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。     

土体拉伸破坏过程微细结构变化测试系统研发与应用

针对目前土体拉伸测试水平的不足,研发了一套土体拉伸破坏过程微细结构变化测试系统,主要由拉伸加载装置、图像采集装置、图像处理程序3部分组成。拉伸加载装置为测试系统提供均匀、稳定的外部荷载和观测面;图像采集装置可利用跟踪平台连续拍摄拉伸过程中不同应力状态下的微细观结构图像,并利用基于数字散斑相关法的相对位移场计算,通过预拉伸可确定断裂带演化区域,即观测区域;图像处理程序可对所拍摄图像进行增强、融合、拼接、分割处理,并对图像中孔隙与颗粒的量化特征参数进行提取。基于所研发的测试系统开展了黏性土拉伸破坏的微细观试验,研究结果表明：黏性土在整个拉伸破坏过程中,颗粒结构调整在先,孔隙演化在后,孔隙的形成与贯通将最终导致试样的拉伸破坏;孔隙度与孔隙分布分维随拉伸变形量的增加而增长,颗粒分布分维随拉伸变形量的增加而降低,但均表现有相似的阶段性,据此可将整个拉伸破坏过程划分为孔隙的萌生、发展、贯通3个阶段。     

岩土体变形的耗散结构认识

2 0世纪 70年代新三论的崛起 ,即耗散结构、突变理论和协同论以及分形几何学、混沌等理论的问世 ,对传统的科学思维带来了强大的冲击。将耗散结构论应用于岩土体变形研究 ;工程岩土体的变形问题是巨型的复杂系统 ,变形岩土体是一种非平衡态有序结构 ,岩土体的变形是不可逆的过程 ,岩土体系统内部各个子系统之间的作用是非线性的 ,自然界的触发因素 (涨落 )对岩土体的变形影响是显著的。由此建立了岩土体变形耗散结构动力学模型     

广东凡口泥盆系有孔虫微细结构的鉴定

广东凡口上泥盆统天子岭组有孔虫切面为圆形或有底突的圆形，其外径为０．２～０．４ｍｍ，内径为０．１５～０．２５ｍｍ。钙质壁有两层，内层为隐粒结构，外层为非穿层的放射纤维状结构，底突亦为放射纤维状结构。软藻切面椭圆形，长轴为０．７６～１．００ｍｍ，短轴为０．７４ｍｍ。钙质壁分为两层，内层为隐粒结构，外层为隐粒至柱状晶粒结构。壁上有轮环，轮环间距０．１ｍｍ左右，其间为隐粒至柱状晶粒结构。根据显微结构的不同，可以把有孔虫和轮藻区别开来。     

基于土体中结构面的岩土工程问题探讨

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岩土体吸水膨胀应力系数的试验研究

基于岩土体膨胀性是其含水量的函数的认识,提出了岩土体吸水膨胀应力系数的概念。从膨胀应力与含水率的变化关系出发,研制出吸水膨胀应力系数试验装置;根据试验得到的膨胀应力与含水率增量的关系曲线和计算得到的岩土体吸水膨胀应力系数,对不同状态与类型重塑土样吸水膨胀应力系数的变化规律进行了深入研究。试验研究结果表明:试验装置所测土样的最终含水率误差在1.0%左右,能够较好地得到不同岩土体的吸水膨胀应力系数;由于黏土颗粒水化程度的不断增加,各岩土体的膨胀应力都随含水率的增加而增大,且膨胀应力与含水率增量呈线性关系;初始含水率15.0%条件下云南呈贡强膨胀土、成都弱膨胀土、成都粉质黏土的膨胀应力系数分别为92.2(kPa/%)、42.6(kPa/%)、0.9(kPa/%),是由于不同类型岩土中黏粒含量的差别,导致不同类型岩土体的膨胀应力系数有较大的差别;膨胀应力系数能够有效地区分岩土体的膨胀性,可以用膨胀应力系数对岩土体的膨胀性进行分类。     

冻结过程对盐渍土结构变化的试验研究

利用CT扫描不同土类、不同盐类和不同盐量的室内冻结样品, 结果发现: 在冻结过程中, 随着温度的不同, 不同盐类的盐渍土在不同的温度下其内部结构存在差异. 其中, 氯化钠盐渍土随着温度的降低CT扫描结果为体积收缩, 其密度不断增大;但是当土样冻结时, CT扫描结果为体积膨胀, 其密度随着温度的降低而逐渐减小.硫酸钠盐渍土随着温度的降低, CT扫描结果为体积膨胀, 其密度不断减小;当土样冻结时, CT扫描结果为体积继续膨胀, 其密度更加减小. 从样品对X线质量吸收系数来看, 其吸收能力为: 粉土≥盐≥粘土≥水. 相同含盐量的粘土和粉土, 在温度相同时, 粉土的盐胀量大于粘土. 因此, 土的类型和含盐量是决定样品盐胀的主要因素.     

三轴压缩条件下黏性土微细结构变化的试验研究

工程土体在宏观上所表现出来的非连续性、不均匀性和非确定性等复杂特性,取决于土体微细结构的非连续性和非确定性。在前人相关研究的基础上,通过微细结构观测试验,获取黏性土在受力条件下微细结构特征量的变化情况,研究黏性土在连续受力过程中结构参数变化规律,并将其与土体宏观物理力学性质相结合,从而解释和把握基于细观结构层次上的工程土体特性。     

强夯碎石土地基土体结构的试验研究

通过现场容重试验和注水试验研究了碎石土地基的密度和渗透性在强夯处理前后的变化,探讨了强夯对土体结构的影响.试验结果表明：强夯能有效改善碎石土的结构,且浅部明显,随深度增加表现出逐渐不明显的趋势;强夯作用下,土体结构的改变在3m以上区域为颗粒填充所致,3m以下则为土体孔隙压缩.     

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。     

三趾马红土失水收缩裂缝演化规律研究

黏性土失水收缩开裂对人类工程活动影响显著。通过设计室内试验监测装置,对重塑三趾马红土开展干燥脱湿试验,并运用数字图像定量处理技术获得其干缩裂缝演化的动态定量数据,发现其裂缝演化规律与传统规律（裂缝面积、平均宽度在干燥过程中始终增长,最终趋于稳定）有所不同,表现为试样裂缝在干燥中期出现收缩现象,呈现裂缝的自愈性。随后提出裂块理论深入分析了此现象的产生机制,并引入愈合度概念,研究了不同初始含水率下试样裂缝的愈合规律,结果表明：（1）初始含水率对试样裂缝愈合度影响显著,初始含水率越低,试样裂缝越早开始愈合且最终愈合度越大;（2）干密度1.7 g/cm3的试样在40℃脱湿条件下,试样最终愈合度与初始含水率呈良好的线性关系。     

基于图像测量方法的非饱和压实土三轴试样变形测量

在控制吸力的非饱和土三轴试验中对试样进行变形测量,常规方法都存在一些难以克服的技术缺陷。数字图像测量技术的引入,为避免常规测量方法的技术缺陷对试验结果的影响提供了一种新的解决方案。同时,能够更加准确地测量受端部约束影响较小的试样中部1/3区域的局部轴向变形、径向变形和估算体积变形。在控制吸力条件下进行了非饱和压实土的三轴压缩试验,运用数字图像测量方法测量试样整体与中部1/3区域的变形,将两组试验数据进行比较分析,结果表明：端部约束对非饱和土试样变形有明显的影响,试样中部1/3区域的变形性质与试样整体存在明显差异,其试验结果更能反映非饱和土试样的基本变形性质。     

三江平原沼泽土微观特性试验研究

从微观形态、微结构特征、粒度分析、土颗粒间的排列方式、孔隙大小分布、有机质含量以及矿物成分等方面对三江平原的两种沼泽土和北京翠湖湿地土进行了一系列微观结构的对比试验.结果表明:沼泽白土和翠湖湿地土与一般软土性质相似,但沼泽黑土含水率、液性指数、孔隙比、孔隙数量、孔径和孔隙体积远远大于沼泽白土和翠湖湿地土,有机质含量最大,特性明显突出.研究成果有助于提高对沼泽土特性的认识,可为沼泽地陷落体救助和沼泽湿地保护和合理开发等工程建设提供参考.     

多重分形在海积软土微观结构研究中的应用

本文将多重分形谱引入到土微观结构分形研究中,对天津市滨海新区三个不同地点海积软土原状样及不同固结压力后土中孔隙的多重分形特征进行研究,从多重分形的角度对孔隙的不均匀性进行定量描述,并建立孔隙多重分形谱各特征参数与荷载之间的关系.结果表明三个地点的海积软土孔隙多重分形特征存在差异.     

膨胀土裂隙图像处理及特征提取方法的改进

裂隙特征作为膨胀土裂隙研究的基础,其定量化描述有助于进一步研究裂隙对膨胀土工程性质的影响。以膨胀土平面裂隙为研究对象,使用数码摄影获取膨胀土裂隙图像,通过优化和改进裂隙图像处理方法及裂隙特征提取方法,获得膨胀土裂隙的各特征参数。对于裂隙图像处理方法,采用改进的局部阈值二值化方法,相比大津法能更好地将裂隙和背景区分开来,而通过标记连通区域的方法有效去除了裂隙二值图像中全局分布的细小杂点,同时,利用闭运算填充了裂隙图像中细小的孔洞和缺口,上述处理方法使裂隙二值图像更清晰可靠。对于裂隙特征提取方法,基于对裂隙端点和交点的快捷识别能力,选择了查找表方法作为裂隙条数统计的基础;改进了端点识别算法以去除毛刺,提高了裂隙长度统计的精度;采用改进的最小外接矩形算法进行裂隙宽度的统计,提高了计算精度,节省了计算时间;尝试采用玫瑰花图进行裂隙方向统计,更直观明了地分析裂隙方向及条数的变化规律。     

数字图像测量技术在土工三轴试验中的应用研究

将数字图像处理技术应用于土工三轴试验土样变形测量,提供了一种新的非接触变形测量手段。可消除传统三轴系统的变形测量误差,可测量土样任意部分的局部变形、剪切带的形成和发展过程,可定量分析橡皮膜嵌入的影响,还可实时跟踪并纪录土样变形过程。文中讨论了图像测量结果与传统测量结果的差别,指出对于标准的小三轴试样可以取中间40 mm左右的试样段进行变形测量以排除端部效应影响。     

采用数字图像相关法进行收缩试验研究

半刚性基层材料已广泛应用于我国高等级公路路面结构中,但半刚性基层材料在温度作用或/和失水作用下产生的收缩应变一旦超过材料自身所能承受的极限拉应变,就会发生开裂,影响路面的使用性能。选择合适的收缩试验方法对半刚性基层材料的收缩性能进行研究非常具有现实意义。针对传统收缩变形测量方法的不足,采用数字图像相关方法对一种典型的半刚性基层材料进行室内收缩试验研究,分析其早期收缩应变的变化规律;对收缩变形前后的图像进行相关计算,获得全场的收缩变形,并与传统收缩试验结果相比,该方法所得结果可重复性好,稳定性好,精度更高。