軟粘土的結(jié)構(gòu)性及模型研究.pdf_第1頁(yè)
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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(chēng)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(lèi)型有著自身的特點(diǎn)。這種結(jié)構(gòu)性對(duì)土的工程性質(zhì)有強(qiáng)烈的影響。 結(jié)構(gòu)性軟土具有結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(huì)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(duì)軟土地區(qū)的結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)、地基加固設(shè)計(jì)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(gè)最為重要的要素,被認(rèn)為是“21世紀(jì)土力學(xué)的核心問(wèn)題”。本文主要從宏觀力學(xué)試驗(yàn)出發(fā),制作SEM圖像并對(duì)其進(jìn)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(diǎn): (1)收集了珠江三角洲地區(qū)158個(gè)原狀軟土的物理力學(xué)指標(biāo)數(shù)據(jù),對(duì)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(jì)分布規(guī)律進(jìn)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(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)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(duì)在軟土工程有著重要意義。 (2)通過(guò)固結(jié)壓縮試驗(yàn),采用3種不同的方式對(duì)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(jìn)行研究。結(jié)果顯示結(jié)構(gòu)性對(duì)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(shí),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(guò)程。 (3)針對(duì)同一地段的50個(gè)原狀土樣的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(guò)原狀土和重塑土一維固結(jié)壓縮試驗(yàn),對(duì)固結(jié)系數(shù)、壓

5、縮系數(shù)、壓縮模量進(jìn)行分析,得出結(jié)構(gòu)性對(duì)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(diǎn)。 (4)通過(guò)三軸的固結(jié)不排水和不固結(jié)不排水試驗(yàn),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(duì)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(yùn)用MATLAB對(duì)SEM圖像的灰度直方圖、圖像閾值分

6、割和邊緣檢測(cè)進(jìn)行分析。探討閾值分割和邊緣檢測(cè)算子對(duì)SEM圖像的影響。介紹了IPP專(zhuān)業(yè)圖像分析軟件對(duì)SEM圖像進(jìn)行測(cè)量方法與技巧。 (6)采用IPP軟件分別對(duì)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(gè)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(duì)鄧肯一張模型進(jìn)行修正。修正后的模型能夠更好的反映結(jié)構(gòu)性軟

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