黄土震陷研究及相关问题探讨

回顾了30多年来关于黄土震陷的研究工作和成果.黄土震陷已为微结构特征、动三轴和现场爆破试验所证实,成为黄土地震工程研究领域的一项重要课题,但仍缺少典型震例,且停留在饱和土理论研究阶段.应用微结构形态学方法表征土体结构性变得困难,土力学方法将是微结构应用于震陷性研究的有效途径.震陷性判定仅是在多个参变量值区间内的确定性判定,概率性震陷预测应得到开展.震陷系数估算多是基于室内试验数据的经验公式或半经验半理论公式,并未完全解决其物理过程和力学机制问题,比如参变量多、计算繁琐和实用性差等,故应从黄土震陷的物理力学机制出发,厘清影响黄土震陷的主导因素及其表征参变量,建立具有物理力学意义的数学理论估算模型.抗震陷处理技术的关键是消除土体的震陷性,并减缓震陷时土与土工结构物的相互作用.     

固结与荷载耦合作用下吹填土力学性质与微结构参数关联性

固结条件与荷载条件对吹填土的力学特性具有明显的影响,且土的微观结构特征是决定其宏观力学性质的本质因素,为了研究吹填软土力学特性在不同固结条件和荷载条件下的变化规律及与微结构参数的关联性,对天津滨海新区重塑吹填软土进行不同初始固结条件与荷载效应综合作用下的蠕变试验和微观结构测试,研究此条件下吹填土力学特性的变化规律,并通过灰色关联度理论建立宏观力学参数与微结构参数之间的关联性。试验结果表明:稳定性蠕变对吹填软土强度的增长起到积极作用,有偏压固结较无偏压固结强度增长更快,且初始固结越充分,强度增长越快;随蠕变时间的增加,颗粒的等效直径、形态比和圆度呈增大的趋势,而颗粒和孔隙的数量与周长、孔隙的等效直径、形态比和圆度则呈减小的趋势;抗剪强度指标C,φ值随颗粒等效直径、形态比和圆度的增大而增大,但随颗粒和孔隙的数量与周长、孔隙的等效直径、形态比和圆度的增大而减小。关联度分析表明,颗粒（孔隙）等效直径和圆度是影响吹填土力学性质演化的重要微结构参数,固结与蠕变越充分,土体微结构参数调整越稳定,强度越高。     

上海淤泥质黏土固结蠕变过程中结合水与微结构的变化

为深入了解软土蠕变机制,开展了上海淤泥质黏土的一维固结蠕变试验、结合水测试试验和扫描电镜(SEM)试验,定量分析了固结蠕变过程中结合水和微结构的分阶段变化规律。结果表明:pσ_k时主要是自由水的排出,宏观表现为衰减蠕变过程;pσ_k后,渗透结合水逐渐转化为自由水排出,蠕变变形和等速蠕变率明显增大。蠕变过程由渗透结合水主导,随着结合水排出土的结构逐渐固化,含水率随荷载增加呈指数型衰减,存在固结-蠕变耦合效应。松散的骨架-絮凝结构演变为紧密的团聚-絮凝结构,颗粒在经历了蠕变调整之后定向性降低,小孔隙数量大量增加,孔径1μm的小孔隙组占优。存在荷载、结合水与颗粒的响应机制,其结果可以较好地解释工程现象。     

非饱和压实膨胀土渗透特性的试验研究

压实膨胀黏土常用于防止填埋场中固体废物产生二次污染,或作为核废料处置库通道隔绝层,这主要取决于压实膨胀黏土衬垫层或隔离层的防渗特性,而这种压实膨胀黏土层通常又呈现出非饱和特性。基于GDS非饱和土三轴试验系统,开发拓展其试验功能,研究直接测量压实膨胀黏土的水渗透系数的试验方法,同时结合电镜扫描试验,从微观角度定量分析压实膨胀黏土渗透过程中产生的微观、宏观变化特征。结果表明,压实膨胀黏土在渗透过程中产生的体积变形主要是由于土孔隙中气体被压缩、孔隙微结构发生变化的结果;压实膨胀黏土水渗透系数受吸力、围压、干密度、饱和度等因素控制。     

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。     

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。     

用冻干法制备微结构测试用土样的试验研究

叙述了采用液氮真空冷冻升华法 (冻干法)干燥微结构测试用粘土样品的基本原理和操作过程、试验前的准备等方面的内容。采用此干燥制样技术使软粘土样品失水后体积不收缩,无结构变化,样品质量可满足微结构研究的精度要求。      

珍珠显微结构及纳米矿物的电镜分析

采用SEM(扫描电子显微镜)和HRTEM(高分辨透射电子显微镜)技术,系统地研究了珍珠层及其微结构.发现珍珠质层是由有机质胶结的文石组成片状晶层,文石大量为六边形、不规则多边形和近圆形,并与有机质层交互平行叠置.在棱柱层的柱状晶体周围也有纤维状、胶状有机质.同时,在棱柱状和片状文石晶体的截面上,含有大量纳米级的圆形、椭圆形等形状的有机质、气液包裹体或孔洞.其中许多部位的有机基质中不同程度地显现出晶格条纹像,均为纳米矿物所致.以上结果均表明珍珠层具有有序、精细、多层次、整体性好等优良的结构特点.这一结论对于探讨珍珠的成因、机械强度及医药保健性能等方面均具有重要的意义.     

厦门春季海雾天气分类及典型个例宏微观结构分析

利用2013年3月23日—4月22日外场观测得到8次海雾过程的能见度、雾滴谱、自动气象站资料及常规气象资料和NCEP全球分析资料,对厦门春季海雾宏微观过程进行了分析。结果表明,形成厦门海雾的天气形势主要为3类:冷锋型、低压倒槽型、高压入海型。厦门海雾对应区域存在0~1℃气海温差,这对海雾预报具有重要意义。对2013年4月17—18日典型海雾个例研究表明,西南气流强烈的增湿作用触发了海雾生成,为本次海雾发展提供了充沛的水汽条件。本次海雾平均雾滴谱拟合符合Junge分布;对其微物理量(数浓度、液态水含量、平均半径)演变特征分析表明,主导的微物理过程为核化凝结增长和可逆的蒸发过程。