不同干燥方法对重塑膨润土压汞试验用土样的影响试验研究

采用风干法、烘干法和冻干法分别对不同含水率的重塑膨润土进行干燥制样,利用压汞试验得到的累积进汞量曲线,对重塑膨润土进行了孔隙尺度划分,根据测试结果对土样孔隙尺度分布特征进行了定量分析。试验结果表明：采用风干法、烘干法和冻干法干燥制样后土体孔隙分布存在较大的差异性,土样的含水率越高,差异越明显;风干法、烘干法干燥土样会引起孔隙收缩,导致土体微孔隙特征的变化,冻干法不会引起孔隙收缩,因而不会导致土体微孔隙特征的变化。由此得出了干燥重塑膨润土制备压汞试验用土样最好的干燥方法是冻干法这一结论     

马兰黄土孔隙结构参数与渗透性关系研究

利用改进的ZC-2015型渗气仪和TST-55型渗透仪进行马兰黄土渗气及饱和渗透试验,得到两个渗透性参数渗气率k_a和饱和渗透系数K_w,通过室内常规试验得到的孔隙比e,并利用图像处理软件（IPP）处理扫描电镜（SEM）照片得到的平面孔隙比e₀,结合试验结果并利用数学模型建立宏-微观孔隙参数与渗透参数之间的关系。结果表明:重塑土干密度增大,单位体积内颗粒数量增多,孔隙面积减少。原状风干土样埋深增大,大孔和中孔的孔隙面积、孔隙数量、孔隙平均直径明显减小;半对数线性模型可以消除K_w和k_a与孔隙结构参数在量级上的差异,拟合效果更好。lgK_w、lgk_a与e、e₀之间都呈现较好的线性关系;含水率变化时,渗气率拟合直线的斜率和截距的变化规律更明显。重塑土由于制样均匀,曲线的拟合度更高,而不同深度的原状黄土试样由于沉积过程造成的结构性的差异,致使其拟合度较重塑土偏低。     

土微观结构特征的定量研究及其在工程中的应用

在不同类型粘性土的研究基础上，通过SEM图像处理技术，提出了粘性土微观结构中结构单元体形态、定向性、孔隙特征等结构要素的定量评价指标，运用计算机图像处理技术，对几种粘性在不同剪切荷载作用下的变形进行了分析。     

温度对土体微孔隙特征影响的试验研究

采用烘干法和冻干法分别对深圳土和重塑膨润土进行干燥制样,利用压汞试验得到的累积进汞量曲线,对土体进行了孔隙尺度划分,分析了土体采用不同温度烘干和冻干法干燥制样后孔隙分布存在的差异性,得出了制备压汞试验用土样时,冻干法优于烘干法这一结论。     

击实黄土孔隙结构对土水特征的影响分析

土水特征曲线是非饱和土的基本土物理-力学关系,即将含水率这一物理参数转化为土粒间力的作用,土水特征曲线受土的结构控制。为了探讨击实黄土孔隙结构对土水特征曲线的影响,本文在3种不同的初始含水率（小于最优含水率8%、最优含水率17%和大于最优含水率19%）下制备不同结构的击实黄土试样,分别用压汞试验测其孔隙分布曲线,用滤纸法测其土水特征曲线,并用扫面电镜获得其微观结构图像。对以上测试结果的分析表明,3种击实土样的孔隙分布曲线在相应的大孔径范围内相差较大,在小孔径范围内趋于一致;土水特征曲线在低吸力区差异较大,小于最优含水率的击实黄土土水特征曲线最陡;在高吸力区,3种击实土样的土水特征曲线趋于一致,这与孔隙分布特征一致。对比孔隙密度分布曲线与土水特征区曲线发现,土的土水特征受孔隙分布的控制,孔隙密度越大,土水特征曲线的斜率越陡。SEM图像也显示出3种击实土样的结构特点,小于最优含水率的土样有较多架空孔隙,优势孔径最大;高于最优含水率的土样,大孔隙减少,小孔隙增多,优势孔径最小。而最优含水率的击实黄土的孔隙分布较均匀,优势孔径覆盖范围大。     

冻融作用对土结构性的影响及其导致的强度变化

冻融作用通过改变土的结构性从而改变土的力学性质.以青藏粉质黏土为研究对象,对一定干密度的饱和重塑试样分别进行封闭和开放状态下的冻融试验.通过土样电阻率的改变来反映冻融作用对土中孔隙的影响;对冻融前后的试样分别进行CT扫描,定量分析土样的损伤程度,来反映土颗粒联结的改变.对冻融前后的土样进行不固结、不排水三轴剪切试验,得到其强度参数,并将冻融作用引起的结构变化与强度参数的变化建立联系.研究表明:对试验中采用的土样,经过冻融作用后电阻率增大,反映到强度参数上,冻融作用导致土的内摩擦角增大;CT扫描定量分析发现,经过冻融之后,密度增大,CT损伤量为负值,反映到强度参数上,冻融后黏聚力增加.因此,强度参数的变化与土颗粒的胶结和重排列,粒径重分配以及孔隙大小比例的变化有关.     

真空预压处理吹填土的微结构特征试验

首先进行了吹填泥浆沉降柱试验,取得了未经真空预压处理的吹填土土样,并在天津滨海新区临港工业区真空预压处理后吹填场地上获取原状土样。其次,对所取土样进行了微观试验土样制作和电镜扫描,获取了未处理和经过真空预压处理土样的SEM照片,最后运用微结构处理软件,对其微结构进行定量化分析,研究了真空预压过程中吹填土的微结构变化规律。结果显示,经过真空预压作用,颗粒和孔隙等效直径、面积、周长、形态比和圆度明显减小,颗粒和孔隙数量明显增大,其原因是在真空预压处理过程中,吹填土的原始结构被破坏,进而形成了新的结构。      

k2SiO3溶液对黏性土孔隙分形特性的影响分析

敦煌研究所研制的k2SiO3对干旱环境下土遗址防风化加固效果显著。设计了不加k2SiO3材料、加5 % 浓度k2SiO3溶液饱和后自然风干1次和3次人工重塑黏土试样的SEM观测,目的是研究k2SiO3对黏土孔隙结构的影响。基于此,利用分区统计方法和计算机图像处理技术,研究了k2SiO3对黏土孔隙结构的改变。分析表明,经k2SiO3加固后的黏土颗粒间胶结联结加强,结构稳定性提高。最后利用Sandbox法计算了土孔隙的分维数,定量分析了k2SiO3对土孔隙的改变,分析发现加3次溶液土样孔隙分维数最小,加固效果最佳。而且土孔隙分维数不受图象灰度分割阈值和SEM放大系数的影响。     

环境磁学样品干燥过程中的磁性效应

对长江口南岸潮滩沉积物柱样和表层样品的烘干、风干和冻干法处理,然后进行系统磁性测量和水分、有机质的测定。实验结果得知:以冻干法为参照,烘干和风干方法对样品的磁参数的稳定性影响很小,但研究质地粘重样品时,应避免采用风干方法或校正风干样含水量质量后计算相关的磁参数。有机质的含量与主要磁参数成正相关,它对磁参数的影响很小     

结构性吹填土剪切破坏的微结构效应

室内压缩试验、剪切试验和灵敏度试验分析表明吹填土的微观结构对其力学性质有很大的影响,是一种强结构性土。通过对剪切试验过程土样微观SEM照片进行微结构定量分析,探讨了孔隙和结构单元体微结构参数与轴向应变之间的关系。最后,对结构性吹填土剪切破坏的微结构效应进行了简要分析。结果表明,吹填土的剪切过程经历了孔隙气体压缩-水分运移、团粒散裂-颗粒滑移明显-结构破坏和新结构形成三个阶段。     

吹填软土蠕变过程中颗粒与孔隙演化特征分析

软土一般具有蠕变特性,蠕变在微观上表现为土颗粒与孔隙的变化。为了解长期变形内在机制,对天津滨海吹填软土原状土与重塑土进行了固结不排水三轴蠕变试验。在围压为75 kPa、偏应力为10 kPa情况下开展多组平行试验,选取蠕变过程中多个时间点的试样进行微观结构测试,提取了颗粒与孔隙变化参数,研究蠕变过程中微结构变化规律。研究结果表明：在文中所受荷载条件长期作用下,颗粒与孔隙定向性明显;平均孔径及平均孔隙体积呈逐渐减小趋势;结构性原状土比表面积逐渐增大,重塑土则呈减小趋势;结构性原状土颗粒与孔隙分数维呈减小趋势,但重塑土呈相反趋势。     

Hydromechanical characteristics and microstructure of unsaturated loess under high suctionEI北大核心

联合压力板仪和蒸汽平衡法在全吸力范围内对原状与重塑黄土进行持水特性试验,使用非饱和三轴仪对高吸力下的原状与重塑黄土进行剪切试验,同时采用扫描电镜仪(scanning electron microscope,SEM)和压汞仪(mercury injection apparatus,MIP)进行微观试验,探讨了非饱和黄土结构性差异对其水力力学特性的影响。试验结果表明:随着吸力的增大,原状和重塑土的饱和度、含水率均减小,孔隙比稍有减小。由于原状及重塑黄土的初始孔隙比基本一致,因此两者压汞试验总进汞量接近。由扫描电镜和压汞试验得到的原状及重塑黄土的孔隙结构形态及优势孔径范围不一样,结构性有所差异,导致土-水特征曲线在不同吸力范围内呈现不一样的规律。原状和重塑土的应力-应变关系多呈软化现象,吸力为3.29 MPa的重塑土呈硬化现象。且随着吸力的增大,原状和重塑土的黏聚力和峰值强度均明显增加,体变由剪缩趋向剪胀现象。由于原状土具备一定结构性,胶结作用较强,其黏聚力的增幅会大于重塑土,峰值强度也高于重塑土,而两者的内摩擦角基本一致。     

一维固结条件下黏土微结构再造过程研究和描述

采用冷冻制样方法,对不同固结压力作用下得到的重塑黏土压缩试样进行了真空干燥,对其水平截面、45o截面和垂直截面上获得的SEM照片域微结构参数进行了研究。对简单微结构参数的研究表明,随固结压力增大颗粒体所占比重越来越大。对合成微结构参数的研究包括主成分分析和聚类分析两方面,结果表明,随固结压力增大,第一主成分指标近似线性增大;不同固结压力作用下的样品具有明显的聚类特征,且类内距离随固结压力增大逐渐增大。在建立各种土力学关系时,可以考虑纳入合成微结构参数而并非简单微结构参数,以反映土微结构的整体特征。     

干密度与含水率对重塑红黏土抗剪强度参数影响研究

为探究了解桂林重塑红黏土抗剪强度特性,利用三轴试验研究饱和及未饱和重塑红黏土的干密度、含水率对土体抗剪强度的影响。试验结果表明:相同最优含水率下的饱和重塑红黏土的黏聚力与干密度的二次多项式拟合曲线呈凹状,未饱和土的黏聚力与干密度的二次多项式拟合曲线呈凸状,两者黏聚力曲线在1.41 g ·cm-3附近两者差值最大;饱和重塑红黏土的内摩擦角与干密度的二次多项式拟合曲线呈凹状,未饱和土的内摩擦角与干密度的二次多项式拟合曲线呈凸状,两者在干密度为1.35 g ·cm-3附近差值最大;未饱和重塑红黏土的含水率对抗剪强度参数影响显著。     

基于扰动状态理论的软土压缩变形试验

基于扰动状态理论对漳州和东莞软土扰动样和重塑样单向压缩变形的结构性特征进行了分析,利用重塑样试验数据还原了原状样的压缩曲线,将变形中的土体视为相对完整状态和完全调整状态的混合物,定义原状土样为相对完整状态、重塑土样为完全调整状态,且分别用土弹性模型和修正剑桥模型表达,扰动函数与荷载对数具有较好的幂函数关系,因此建立了土体应力应变关系扰动状态模型,并通过压缩试验结果对模型合理性进行了验证。结果表明,该模型能较好地描述土体压缩变形特性,且参数确定简单易行,为软土地基工程沉降分析提供了一定参考。     

福州地区结构性软土次固结试验研究

为研究福州地区浅层软土的结构性特征,特进行了一组原状土和相应的重塑土的一维固结试验。通过原状土和预压后软土的一维次固结试验,探讨了软土的次固结特性。试验结果表明,原状土和重塑土的固结曲线明显不同,说明福州地区浅层软土具有结构性;原状土主次固结的划分以及次固结系数Cα与结构强度有关,经预压结构破坏以后土样的主次固结分界及次固结系数Cα主要受预压荷载Pp影响。     

Test method and application for microstructures of undisturbed silty sand and sandy silt

The physical and mechanical properties of soil are determined by microstructure. Sandy silt, silty sand and other weak cohesive materials have low strength in the dry state, limiting the apply scope of scanning electron microscope and mercury porosimeter in such material. The experiment proposes the use of solid–liquid–gas three-phase transformation principle of menthol to strengthen the soil particle, include related sampling device and experimental procedures, to obtain parameters of the microscope image and porosity characteristics. Scanning electron microscopy show the clear photograph of particle form, spatial position, contact mode, plane pore characteristics and so on for undisturbed silty sand and sandy silt in Shanghai area. Freeze–thaw action can change the micro-pore parameters of soil. The mercury intrusion porosimetry test demonstrates that the pore volume, accumulated pore area, the most probable pore size and appearance probability of frozen-thawed silty sand increase with the decrease of freezing temperature. The pore size shows a normal distribution. Besides, pore size distribution of frozen-thawed sandy silt shows the interval distribution. Increasing the freezing temperature, the pore volume and accumulated pore area for sandy silt increase, while bigger value and smaller probability of the most probable pore diameter are obtained.     

结构性对膨胀土收缩特性影响的试验研究

膨胀土的收缩性明显,容易引发边坡与地基开裂,但有关结构性对收缩特性影响的认识甚少。采用收缩自动试验装置,在恒湿恒温条件下对原状膨胀土和重塑膨胀土开展了收缩对比试验和扫描电镜（scanning electron microscope,简称SEM）测试分析,结果表明：与原状土相比,重塑土在土中水流动阶段的蒸发速率较小,蒸汽扩散阶段收缩稳定速率较慢,最终体积收缩应变量更大;重塑土体积收缩−含水率关系曲线的线性段较长,斜率较大,直线段与稳定段之间的过渡不明显,而原状土则反之;重塑土和原状土的收缩特征曲线（soil shrinkage characteristic curves,简称SSC）在较高含水率段基本重合,随着含水率下降,重塑土的SSC下降更快,对应的含水率范围更宽,最后进入残余−零收缩阶段时,孔隙比明显较小;Chertkov收缩模型适用于原状膨胀土,但不适用于重塑膨胀土。SEM测试结果表明,原状膨胀土较重塑膨胀土具有更强的原生结构性,初始密度与湿度相同情况下,两者颗粒排列、接触方式、胶结状态、孔隙大小与分布特征等微观结构上差异明显,导致蒸发过程中重塑土的水分迁移速率较小、基质吸力较大,是重塑土收缩更剧烈的内在原因。研究结果可为膨胀土边坡的坡面工程防护设计提供参考依据。