軟粘土的結(jié)構(gòu)性及模型研究.pdf

1、土體的結(jié)構(gòu)性，是指土體顆粒和孔隙的性狀和排列形式(或稱組構(gòu))及顆粒之間的相互作用。絕大多數(shù)天然土都有一定的結(jié)構(gòu)性，軟土由于特定的歷史條件和礦物成分，同樣具有結(jié)構(gòu)性，其結(jié)構(gòu)類型有著自身的特點。這種結(jié)構(gòu)性對土的工程性質(zhì)有強烈的影響。 結(jié)構(gòu)性軟土具有結(jié)構(gòu)強度。因此，它呈脆性破壞，其破壞應(yīng)變較小。在工程中，結(jié)構(gòu)性土地基往往會在缺乏預(yù)兆情況下，產(chǎn)生突然性破壞。研究軟土的結(jié)構(gòu)性，從而對軟土地區(qū)的結(jié)構(gòu)物的設(shè)計、地基加固設(shè)計有著重要意義。沈珠江

2、認(rèn)為土的結(jié)構(gòu)性是影響土力學(xué)特性諸要素中一個最為重要的要素，被認(rèn)為是“21世紀(jì)土力學(xué)的核心問題”。本文主要從宏觀力學(xué)試驗出發(fā)，制作SEM圖像并對其進行分析、研究。研究結(jié)構(gòu)性原狀軟土變化特性，其主要研究成果有如下幾點： (1)收集了珠江三角洲地區(qū)158個原狀軟土的物理力學(xué)指標(biāo)數(shù)據(jù)，對指標(biāo)的變化范圍、變異性、指標(biāo)間的相互關(guān)系和各指標(biāo)的統(tǒng)計分布規(guī)律進行研究。研究的結(jié)果表明：不同地方的軟土的物理力學(xué)性質(zhì)差異較大；各參數(shù)與含水量w、孔隙比e

3、存在一定的關(guān)系；天然密度p、干密度pd、液限w<,L>、塑限w<,p>、塑性指數(shù)I<,p>、無側(cè)限抗壓強度q<,u>和靈敏度S<,t>服從正態(tài)分布；含水量、孔隙比和粘聚力C服從近似正態(tài)分布；飽和度S<,r>、比重G<,s>、滲透系數(shù)K<,v>、壓縮系數(shù)α<,vl-2>、壓縮模量E<,sl-2>和內(nèi)摩擦角φ為非正態(tài)分布。研究的結(jié)果對在軟土工程有著重要意義。 (2)通過固結(jié)壓縮試驗，采用3種不同的方式對結(jié)構(gòu)性原狀土和重塑土的結(jié)構(gòu)性參

4、數(shù)、壓縮特性進行研究。結(jié)果顯示結(jié)構(gòu)性對軟土壓縮特性影響較大；結(jié)構(gòu)性參數(shù)mp>1，當(dāng)荷載較大時，m<,p><'->1；原狀土和重塑土的壓縮系數(shù)在加載初期有較大的區(qū)別，隨著荷載的增加，原狀土的壓縮系數(shù)逐漸趨于重塑土的壓縮系數(shù)。由SEM圖片顯示了土樣壓縮的變化過程。 (3)針對同一地段的50個原狀土樣的試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，得出孔隙比、含水量、密度、干密度是影響軟土壓縮特性的重要因素。通過原狀土和重塑土一維固結(jié)壓縮試驗，對固結(jié)系數(shù)、壓

5、縮系數(shù)、壓縮模量進行分析，得出結(jié)構(gòu)性對軟土壓縮特性有較大的影響。給出了壓縮特性的微觀行為，提出了作者自己的一些觀點。 (4)通過三軸的固結(jié)不排水和不固結(jié)不排水試驗，研究了結(jié)構(gòu)性軟土在不同的圍壓下的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系，應(yīng)力路徑對結(jié)構(gòu)性軟土的影響以及孔隙水壓力的變化規(guī)律。 (5)論文分別從制備土樣、制備拍照樣品、SEM圖像的拍攝、數(shù)字圖像處理等方面介紹了軟粘土微觀分析操作步驟。運用MATLAB對SEM圖像的灰度直方圖、圖像閾值分

6、割和邊緣檢測進行分析。探討閾值分割和邊緣檢測算子對SEM圖像的影響。介紹了IPP專業(yè)圖像分析軟件對SEM圖像進行測量方法與技巧。 (6)采用IPP軟件分別對顆粒的面積、顆粒的平均形狀系數(shù)和孔隙的面積、孔隙的平均形狀系數(shù)、孔隙的個數(shù)、孔隙的等效直徑、面孔隙比、面孔隙度、孔隙的圓度、孔隙的定向頻率等方面分析了隨荷載的變化規(guī)律。 (7)考慮軟土的結(jié)構(gòu)性，引入損傷比概念，對鄧肯一張模型進行修正。修正后的模型能夠更好的反映結(jié)構(gòu)性軟