西安黄土孔隙的研究

孔隙是黄土体内未被骨架颗粒和胶结物占据的空间。它的成因、形状、大小、多少及分布特征都直接影响着黄土的渗透性,湿陷性等有关的工程地质性质。关于它的研究虽有不少论述,但主要是偏光镜下的定性描述。为了定量研究黄土孔隙喉道德大小、分布特征及其所连通的相应孔隙体积大小。     

基于不同分形模型的冻融黄土孔隙特征研究

为了得到冻融作用对黄土孔径分布的影响规律, 以重塑黄土为研究对象, 利用压汞法测试经历不同冻融循环次数后黄土样品的孔隙特征, 采用3种分形模型对冻融作用后的黄土微观孔隙结构进行定量表征和对比研究。结果表明： 未经冻融作用的黄土孔隙分布曲线呈单峰分布, 经历冻融作用的黄土孔隙分布曲线呈双峰甚至多峰分布。冻融作用对黄土中孔径分布在0.1 ~ 10 μm范围内的孔隙影响较大。前10次冻融作用使黄土孔隙率增加, 特别是经历6次冻融作用后, 与未经历冻融作用的黄土相比孔隙率增大约18.8％。随着冻融作用的继续, 黄土孔隙率减小且趋于稳定。经历不同冻融循环次数后的黄土孔隙分布均具有良好的统计分形特性。基于热力学模型和毛细管压力曲线法表征黄土孔隙结构时, 黄土孔隙呈现显著的分形特性, 可在整个孔径尺度范围内给出唯一且合理的分形维数。基于Menger海绵模型表征的经历冻融作用后黄土孔隙分形特征呈现多尺度分形, 在不同的尺度范围内, 有不同的分形维数。结合分形理论可知冻融作用改变了黄土孔隙均匀性及复杂程度。     

马兰黄土孔隙结构特征——以赵家岸地区黄土为例

颗粒间的孔隙分布特征从本质上控制着马兰黄土的宏观结构,影响马兰黄土的强度特性。马兰黄土的微观结果分析已逐渐成为研究黄土基本特性的一个新方向。本文通过固结实验、扫描电镜和ImageJ图像分析软件对赵家岸滑坡地区马兰黄土的孔隙分布和变形特性进行分析。首先确定了适合ImageJ图像分析的扫描电镜二维照片的阈值和图像拍摄最佳倍数;获取了原状马兰黄土在不同含水量固结试验前后的孔隙数量和孔隙面积的分布特征;揭示了大、中架空孔隙为黄土固结过程中的主要变形区;建立了马兰黄土孔隙中大架空孔隙、中架空孔隙和小架空孔隙的逐步破坏模式;明确了水对孔隙破坏的促进作用,当含水量增加到液限范围时,大、中型架空孔隙会出现加速的破坏现象。     

甘肃黄土的粒度分维特征及意义

依据分形理论分析了甘肃黄土粒度分布的分形结构特征。黄土具有良好的统计自相似性。随着空间位置和黄土形成时代的不同,黄土的分形结构特征有明显的变化特征,其分维值介于2.29至2.56之间;且粒度分维值的大小与分选好坏密切相关,即:分选系数大则分维值大,反之则分维值小。这表明黄土的粒度分维在一定程度上可以反映黄土的形成演化特征。在此基础上进一步研究了黄土粒度分维与干密度、孔隙比、湿陷系数之间的定量关系,指出黄土分维值可以定量表征黄土的物理、水理性质。与地形地貌、水文和气候等因素一样,它也可作为自然区划的一个主要指标。     

流态破坏型黄土滑坡滑带土临界特征

泾阳南塬黄土滑坡运动形式具流态特征,以泾阳南塬西段L5致滑层黄土和东段L9致滑层黄土为研究对象,从非饱和黄土角度出发,开展了控制不同初始含水率的增湿常剪试验,在获取黄土增湿变形过程曲线的基础上,讨论了黄土流态破坏过程中的水土边界特征;并进一步从细微观角度揭示了黄土流态破坏前后的结构孔隙差异与含水率的关系,提出了黄土流态破坏临界条件和力学机制。研究表明,黄土具流态变形特征,其增湿变形曲线中存在发生流态破坏的临界含水率,提出了"自适应第一稳定场"和"被适应第二稳定场"的概念,微细观尺度下在临界点前后的土体孔隙突变结果揭示了该变形模式的合理性;流态变形的基本条件是与土体孔隙的分布及其颗粒大小相关的,非饱和高含水率状态下,含水率(吸应力)的微小改变可引起土体较大的应变增量;基于水力特征曲线模型闭型方程,提出了流态变形的力学机制,以期为流态破坏型黄土滑坡防控提供科学依据和理论基础。     

复合改性水玻璃加固黄土微观特征研究EI北大核心CSCD

进行压汞试验和SEM-EDS试验研究复合改性前后水玻璃加固黄土,分析其孔隙分布特征、颗粒和孔隙形态以及胶结物形态和化学元素含量,探讨宏观力学特性与微观特征的联系。压汞测试结果表明,改性前后加固黄土具有相近的孔隙分布特征,入口孔径主要分布在0.06~8μm之间,大、中、小和微孔隙分界值分别为8、2、0.06μm,加固时生成的凝胶填充作用不显著。SEM-EDS测试结果表明,改性后黄土仍保持其粒状、架空、接触-胶结结构不变,但加入硅酸钾材料后黄土颗粒表面变得粗糙并吸附有絮状物,EDS数据显示K元素含量随着硅酸钾掺入量的增加而增大,且试样无侧限强度与K元素百分含量正相关。研究还表明,土的颗粒联结强度和结构形态特征是导致黄土宏观力学性质差异的本质原因,在复合改性水玻璃加固黄土时在保持黄土架空孔隙基本不变的前提下,生成的含K凝胶在改变颗粒表面形态的同时强化了骨架颗粒之间的连接强度,从而改善了土体的强度。     

复合改性水玻璃加固黄土微观特征研究

进行压汞试验和SEM-EDS试验研究复合改性前后水玻璃加固黄土,分析其孔隙分布特征、颗粒和孔隙形态以及胶结物形态和化学元素含量,探讨宏观力学特性与微观特征的联系。压汞测试结果表明,改性前后加固黄土具有相近的孔隙分布特征,入口孔径主要分布在0.06～8 ?m之间,大、中、小和微孔隙分界值分别为8、2、0.06 ?m,加固时生成的凝胶填充作用不显著。SEM-EDS测试结果表明,改性后黄土仍保持其粒状、架空、接触-胶结结构不变,但加入硅酸钾材料后黄土颗粒表面变得粗糙并吸附有絮状物,EDS数据显示K元素含量随着硅酸钾掺入量的增加而增大,且试样无侧限强度与K元素百分含量正相关。研究还表明,土的颗粒联结强度和结构形态特征是导致黄土宏观力学性质差异的本质原因,在复合改性水玻璃加固黄土时在保持黄土架空孔隙基本不变的前提下,生成的含K凝胶在改变颗粒表面形态的同时强化了骨架颗粒之间的连接强度,从而改善了土体的强度。     

冻融循环作用下黄土的孔隙特征试验

为得到冻融循环后黄土孔隙分布的变化规律,以重塑黄土为研究对象,采用压汞法对历经不同冻融循环次数后黄土的孔隙特征进行研究。试验结果表明:冻融作用使土样内部颗粒发生重新排列连结,孔隙结构发生改变,孔隙分布逐步向小孔隙数量减少、大孔隙数量增多方向推进;冻融前10次过程中,孔隙分布变化不稳定,但随着冻融循环次数增加,趋势逐渐明朗,表现为0.010.10μm范围内的超微孔隙数量减少,而5.0010.00μm范围内的细微孔隙数量增多;孔隙率也随冻融次数增加先增大,在冻融第8次时达到最大,其后减小,50次后逐渐趋于稳定。根据试验结果,结合孔隙分形进行分析,认为孔隙结构在冻融循环作用下,不均匀性及复杂程度降低。     

黄土孔隙结构演化对其土-水特性影响分析

作为黄土的关键水力参数之一,土-水特征曲线(SWCC)受到了土体孔隙结构特征的影响;然而目前还缺乏基于黄土沉积过程的孔隙演化对其土-水特性影响分析。本文在陕西泾阳县泾河南塬黄土剖面自上至下取L₁、L₂和L₆黄土,通过扫描电镜定性分析黄土孔隙结构随沉积过程的演化特征,通过孔隙分布(PSD)曲线量化分析各层黄土的孔径分布特征;在此基础上,利用滤纸法测定黄土SWCC曲线,对比分析黄土SWCC随埋深的变化规律。通过Young-Laplace方程将孔径转化为对应的吸力值,将PSD与SWCC曲线采用同一吸力坐标放置一起,分析黄土孔隙结构分布与SWCC的对应关系。结果表明:随埋深的增大,黄土优势孔径及其分布密度减小;相应地,黄土SWCC的饱和段增长,进气值增大,过渡段变缓,持水能力增强。同时,在各层黄土取样位置取重塑土样,在确保制样含水率和干密度与对应原状土一致的情况下,对比分析重塑与原状黄土的孔隙结构与土-水特性,发现随着土层埋深的增大,两者之间孔隙结构差异增大,SWCC的差异也随之增大。     

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。     

吕梁山区黄土物理性质力学参数区域分布特征

黄土因其特殊的物理力学性质及工程特性,在外界环境影响下易引发诸如黄土崩塌、滑坡、泥流等地质灾害。因此,研究黄土土性参数区域性分布特征对地质灾害防灾减灾具有重要意义。以吕梁山区L₁黄土地层为研究对象,在野外调查、代表性点位取样的基础上,对研究区内133个取样点340组黄土试样进行黄土土性参数室内试验,获得其土性参数;基于所得数据,通过统计分析及ArcGIS软件平台,分析研究区内L₁黄土地层土性参数分布特征。结果表明:黏粒含量、天然含水率、孔隙比、黏聚力、内摩擦角的分布在南北方向上具有较好的规律性,山脉东西两侧规律略有不同。另外,黏粒含量、天然含水率、黏聚力、湿陷系数的区域分布规律较为明显,内摩擦角区域分布上较为离散。研究结果为从土性特征方面对地质灾害易发性评价提供基础数据支撑。     

用自组织神经树研究黄土孔隙性分类判别

粘性土微孔隙的定量研究是个薄弱环节,目前国内外均处于探索阶段。由于没有行之有效的大量获取多项指标的定量研究手段,粘性土微孔隙研究多年来一直难以突破定性研究状态,只是在近几年来有人将压汞法移植到测定黄土的孔隙大小分布上来,才跨进了定量研究粘性土微孔隙的领域。     

非饱和黄土的接触角与孔隙特征试验

接触角及孔径是影响土壤润湿性、渗透性及毛细作用的重要因素。为了进一步认识非饱和黄土的毛细特性及渗透性,进行了非饱和黄土的接触角测试及压汞试验,对黄土孔隙体积与接触角的关系进行了分析,探讨了孔隙、接触角随深度的变化规律。研究发现,干燥状态下黄土的接触角高于天然状态下黄土的接触角;随着地层深度的增加,接触角增大;接触角与大、中孔隙体积为负相关关系,与微孔隙体积为正相关关系。在地层浅部,接触角与小孔隙体积为正相关关系,而对于深部地层,接触角与小孔隙体积为负相关关系;非饱和黄土中小孔隙及微孔隙含量较大,大、中孔隙含量相对较少。      

压实黄土强度特性与微观结构变化关系研究

利用Quanta环境扫描电子显微镜(ESEM)对延安某填方场地的压实黄土(Q_3和Q_2黄土混合)进行微观结构测试,得到最优含水量下不同干密度黄土微观结构图片。采用Image-Pro Plus图像处理软件对压实黄土孔隙微观结构进行了定量评价,并运用多元线性回归分析法建立了孔隙微观结构量化参数与压实黄土侧限压缩、直剪强度的关系。研究结果表明:随着干密度的增大,孔隙面积比、平均孔径、平均平面形状系数、平均分形维数逐渐减小,概率熵逐渐增大,孔隙分布越趋于均匀,整体力学性质越稳定;tanφ主要受孔隙的平面形状系数影响,黏聚力、压缩模量(E_(s0.05-0.1)、E_(s 0.1-0.2)、E_(s 0.2-0.4))和压缩系数主要与孔隙面积比有关,而E_(s 0.4-0.8)则与孔隙的概率熵密切相关。通过关联性分析,可知400 k Pa是孔隙面积比变化幅度明显减小时的特征压力值,而孔隙面积比变化直接关系沉降变形,400 k Pa也是压实黄土在最优含水量下沉降变形幅度明显减小时的特征压力值。     

基于恒速压汞技术研究页岩气储层孔隙结构:以湘西北地区五峰组页岩为例

页岩气储层孔隙结构是页岩气富集成藏、储层评价和优选有利区的关键参数,区分孔隙和喉道是表征页岩气储层孔隙结构的关键。本文选择4块具有不同渗透率的湘西北地区奥陶系五峰组页岩为研究对象,基于恒速压汞实验讨论孔隙和喉道的大小、分布特征及其相互关系以及与渗透率的联系。结果表明:具有不同渗透率的页岩样品表现为较为相近的孔径分布特征但差异较大的喉道分布特征。页岩样品渗透率的大小与孔隙半径没有明显相关关系;喉道大小及其分布特征是控制低渗储层孔隙结构的关键要素之一。渗透率较低页岩样品的喉道以喉道半径小且集中分布为特征,而渗透率较大页岩样品的喉道以喉道半径大呈分散分布但主要以大喉道为特征。喉道特征是研究页岩气储层储集空间和吸附能力的重要部分,在以后对页岩气的勘探开发中应特别注意及重视。     

黄土粒度的分布特征及其工程地质意义初探

黄土的粒度组成和分布既能够反映其沉积环境,又在很大程度上决定了黄土的物理力学及水理性质。粒度分析表明黄土的粒度频率分布曲线包含多峰分布和单峰分布两种形式。对比研究发现:粒度具多峰分布的黄土其粘粒含量相对较高,微结构一般为镶嵌微孔半胶结结构或絮凝状胶结结构,比表面积大,平均孔径小,微孔隙和小孔隙含量高,一般超过孔隙总量的60%,其工程地质性质明显优于具单峰分布的黄土,且多峰分布特征愈明显即细粒部分的次峰愈高,其工程地质性质愈稳定,渗透系数的各向异性愈低。     

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。     

冻融循环作用下黄土渗透性与其结构特征关系研究

在季节冻土区,周期性的冻融作用改变土体的内部结构,导致土体的渗透性发生变化。黄土渗透性变化的原因可以归结为两类:1黄土孔隙孔径大小的变化。2黄土颗粒粒径大小的变化.因为分形理论能够很好地估算土体的结构特征,所以本文基于分形理论探究冻融循环后黄土渗透性变化的原因。对经历过冻融循环的原状黄土和重塑黄土进行颗粒质量-粒径分布和孔隙体积-孔径分布分形计算,结果显示:原状黄土和重塑黄土的颗粒质量-粒径分形维数与渗透系数的拟合度R2分别为0.7509和0.8222,高于孔隙体积-孔径分形维数与渗透系数的拟合度0.467和0.4576。颗粒质量-粒径分形维数与渗透系数的拟合度比孔隙体积-孔径分形维数高,说明土颗粒粒径对渗透性的影响大于孔隙孔径,即土体渗透性与土颗粒粒径大小有高度相关性,而与孔隙孔径的关系弱于颗粒粒径。     

分形理论在深部粘土孔隙分布特征研究中的应用

针对深厚表土层对煤炭资源开采可能带来的安全生产及地表环境破坏问题,利用分形理论方法研究了鲁西南地区大埋深粘土的微孔隙发育规律。研究表明,该区深部粘土孔隙累计分布与孔径大小之间在双对数坐标下具良好的线性关系,相关系数在0.90以上。说明深部粘土中孔隙分布的分形结构是客观存在的,而分维值能真实地反映粘土孔隙特征,可作为一个综合指标,它也是土体孔隙定量描述的有效途径。这种粘土的孔径大于1μm左右时,其分维值在2.5~2.6。同时得出︰孔隙孔径2μm左右是该区深部粘土孔隙性质变化的界限。     

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。