基于微结构失稳假说及广义吸力理论的黄土体变模型

针对原状非饱和及饱和黄土的体积变形问题,提出了一个复合体计算模型。该模型将黄土看作由各自均匀分布于土中的原状部分和扰动部分组成的,这两部分土体的体积比率,可由黄土结构的微观几何模型、孔隙率密度曲线及考虑广义吸力的微结构失稳条件计算得出。假设原状部分仅发生弹性变形,扰动部分符合重塑土的变形规律。复合体的应变增量包括原状部分的弹性、重塑土的塑性及结构崩塌3部分;其中：结构崩塌变形特指微结构失稳时原状土体的孔隙率突然变为重塑土的孔隙率;重塑土的体积应变形采用广义吸力理论计算。采用不同的初始饱和度的黄土结构强度计算出非饱和土微观结构刚度与饱和度的函数,从而获得非饱和土黄土微观结构失稳的判别条件。分别计算了低含水天然非饱和及饱和黄土的压缩曲线,并与试验结果对比说明了模型的合理性。     

黄土的多级湿陷性研究

在野外现场渗水试验和室内实验的基础上,探讨了黄土湿陷性与湿度的关系,提出了黄土广义湿陷系数和潜在湿陷系数等新概念,定量分析了这些参数与湿度的关系。据此,作者认为黄土可以不是一次完成浸水湿陷,具多级湿陷特性。     

黄土湿陷性的微结构效应

土结构是一种物质状态,可以层次式的概念模型加以确定。从图象处理角度,提出了微结构定量研究的技术路线,确定了结构要素的量化方法。通过分形结构分析,探讨了天然结构和压力对黄土湿陷性的影响、水与土样之间的作用规律及其湿陷效应,提出了分形结构的湿陷性控制机理。     

黄土湿陷性的微结构不平衡吸力成因论

分析了黄土粒间吸力的基本特性及其湿陷的微观过程,探讨了黄土在应力状态作用下由于浸水增湿而产生的微结构单元体滑移动力和阻力随饱和度、上覆土压力的变化规律,提出了微结构与广义吸力综合效应的湿陷性控制机理---微结构不平衡吸力成因论及其定量模型,从理论上分析了湿陷性与增湿水量、压力及深度的关系,揭示了土湿陷效应的内在规律。文中认为,湿陷过程就是水的楔入导致小孔隙广义吸力的逐渐丧失和大孔隙湿吸力的逐渐增大引起的微结构重建动力与重建阻力间的动态对抗过程。最后,讨论了湿陷的基本条件及影响因素。     

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。     

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。     

西峰塬黄土的湿陷性研究

采用双线法对西峰塬原状Q3黄土进行增湿、减湿情况下的压缩试验。分析了黄土的湿陷变形随湿度及压力的变化规律。利用SEM技术测试了黄土湿陷前后的微结构变化,采用微结构定量化分析方法和分形分维集合方法分析了黄土试样微观孔隙的变化规律。结果表明:(1)黄土湿陷性的产生是构成黄土架空孔隙的刚性结点变异导致。(2)同级压力下超越湿陷率随初始含水量的增加而变大; 初始含水量在同一水平下,随压力的增加超越湿陷率逐渐变大。(3)黄土湿陷过程伴随孔隙数量大幅增加,平均孔径减小,孔隙面积缩小,大中孔隙数量骤降; 孔隙结构变得更加复杂。本文提出了黄土超越湿陷率的概念及受外界因素的影响规律,分析了非饱和黄土的湿陷机理,即水分和外力不同组合情况的湿陷性。     

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。     

强夯法加固湿陷性黄土的微观研究

黄土的湿陷性对于建筑的安全具有极大的危害性,而强夯法可以有效地消除黄土的湿陷性。通过对强夯前后湿陷性黄土的物理力学性质及微观结构进行对比分析,强夯效果沿深度可分为三段,从3 m至8 m为强夯效果最佳段。强夯使土体中孔径大于20 μm的孔隙含量减少,小于5 μm的孔隙含量增加,土体的致密程度提高。     

楔形体黄土崩塌的稳定性分析方法

楔形体黄土崩塌主要受两组相向倾斜的结构面控制。根据楔形体崩塌破坏机制,概化出其地质力学模型,结合极限平衡方程,考虑摩尔库仑准则,建立了楔形体总的稳定性系数及各个结构面的稳定性系数计算公式,提出了楔形体黄土崩塌稳定性分析方法。研究结果为定量评价黄土崩塌的稳定性提供了理论依据,对黄土崩塌治理的设计与施工具有参考价值。     

湿陷性黄土现场浸水试验研究进展

预浸水是黄土力学性质研究和地基处理的一种重要手段。简要分析了进行现场浸水试验的必要性,详细评述了我国现场浸水试验的研究历史和发展现状,重点介绍了浸水试验的关键技术、湿陷变形规律和湿陷性评价等方面所取得的成果,指出了现行规范中湿陷性判定、地基处理厚度、剩余湿陷量及停水标准等方面存在的问题并给出了相应建议,最后指出了今后研究工作的主要趋势。     

黄土抗震陷变形的酸改性方法及其微观结构分析

低黏性粉质黄土的架空弱胶结微结构,导致这种黄土在动荷载作用下呈现出强度低、震陷变形大的现象,为黄土场地地基处理提出了挑战性的技术难题。黄土结构改性是通过改变其微观结构,达到有效降低震陷变形和湿陷性等为目的。本文采用酸改性方法处理黄土,即通过加入有较强分散和胶结效果的硼化合物作为主要改性物质;加入轻质碳酸钙等填料,调整原状土的颗粒粒径级配;以磷酸稀释液调解土的pH值。对改性土样进行震陷等试验测试对比,确定最佳配方,同时分析改性前后微观结构和能谱的变化。结果表明,酸改性方法能有效改善黄土的微观结构,使得土样的震陷变形系数明显降低。并且所添加的改性原料无毒,不会对土层产生污染。     

Q2黄土浸水前后微观结构变化研究

对陕西蒲城电厂Q2黄土浸水前后的试样进行微观结构对比测试,得到了大量珍贵的微观结构图片。浸水前后Q2黄土的微观结构定性、定量分析表明：架空孔隙受力作用影响较大,对水的作用敏感;粒间孔隙对压力和水的作用相对较迟钝;Q2黄土的湿陷峰值压力大于200 kPa。随着压力的增大,Q2黄土的灰度熵、欧拉数和孔隙的面积比例、圆形度、定向度、分布分维减小;而颗粒的面积比例、圆形度、定向度、分布分维将增大;随着水的浸入,各量将继续减小或增大;浸水后孔径大于20 ?m的孔隙含量减少,孔径小于20 ?m的孔隙含量增加,湿陷的过程中大部分孔隙都在发生变化,大孔隙变成中、小孔隙,中、小孔隙则变为更小的孔隙。浸水前后微观结构的变化能较好地解释Q2黄土特殊的湿陷性。     

改性黄土渗透性与孔隙结构的依存关系

利用扫描电子显微镜和ImageJ图像处理软件对不同膨润土掺量黄土试样的微结构和孔隙特征进行了统计分析,并与柔性壁渗透仪渗透试验结果进行了对比。电镜观察及孔隙统计结果表明,随着膨润土掺量不断增加,附着在黄土骨架颗粒上的蒙脱石等粘土矿物持续增多,黄土的孔隙数量急剧增多,相反,孔隙平均面积和平均直径呈下降趋势。将膨润土改性黄土的渗透系数与不同大小孔隙的面积比进行统计回归,发现大中孔隙对渗透系数有决定意义。以此为依据,建立渗透系数与有效孔隙隙比之间的关系,提高了传统回归关系的可靠程度。