巖土多孔介質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)的分形研究及其應(yīng)用.pdf

1、巖土多孔介質(zhì)作為一種特殊的工程材料,其工程性質(zhì)具有復(fù)雜性和變化性,而這種復(fù)雜性和變化性主要受其微觀或細(xì)觀結(jié)構(gòu)的控制,因而對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究具有極其重要的意義。巖土多孔介質(zhì)微觀孔隙和顆粒的大小和形狀相異,表現(xiàn)出“無(wú)序”的特征。大量研究表明它們表現(xiàn)出分形特性,因而分形理論成為巖土介質(zhì)微觀、細(xì)觀特性研究的有效手段?；诜中卫碚?本文對(duì)巖土介質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)展開(kāi)研究工作,目的旨在推動(dòng)巖土多孔介質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)研究。
　　 論文首先對(duì)巖土多孔介質(zhì)

2、的分形模型進(jìn)行深入研究,提出了兩大類(lèi)模型。這兩類(lèi)分形模型能將國(guó)內(nèi)外模型統(tǒng)一起來(lái),從而形成了兩類(lèi)統(tǒng)一的模型,有效避免了分形模型的錯(cuò)用。
　　 論文對(duì)巖土多孔介質(zhì)的分形維數(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的歸類(lèi)與定義,并研究它們之間的關(guān)系。建立了二維和三維空間分維數(shù)之間的聯(lián)系,從而可以通過(guò)二維數(shù)字圖像技術(shù)估算巖土多孔介質(zhì)在三維空間的分維數(shù)。證明了顆粒原狀面積(體積)分布分維數(shù)與孔隙原狀面積(體積)分布分維數(shù)在有限尺度范圍內(nèi)能同時(shí)存在,并給出了兩者之間的關(guān)

3、系式。黏性土的微觀結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明:通過(guò)此關(guān)系式可有效估算孔隙原狀面積分布分維數(shù)。建立了土壤黏粒含量與其顆粒質(zhì)量～粒徑分布分維數(shù)的關(guān)系,大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明了它的有效性。
　　 論文采用土壤切片技術(shù)、SEM技術(shù)、壓汞技術(shù)及數(shù)字圖像技術(shù)獲得了水泥基環(huán)境巖土材料、軟黏土的孔隙分布數(shù)據(jù),在此基礎(chǔ)上研究了取樣深度及干濕循環(huán)對(duì)水泥基環(huán)境巖土材料孔隙分布的影響,研究了固結(jié)壓力對(duì)軟黏土孔隙分布的影響。
　　 利用軟黏土和水泥基環(huán)境巖土材

4、料在二維和三維空間內(nèi)的孔隙實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明了本文提出的分形模型的合理性。
　　 論文探討了分維數(shù)求解方法對(duì)巖土多孔介質(zhì)的孔隙分形特性的影響,結(jié)果表明本文提出的分維數(shù)求解方法比已有方法更為方便、有效、合理。
　　 論文對(duì)孔隙分布的定量化描述進(jìn)行了深入研究,提出了3種描述孔隙孔徑分布的孔隙率模型,并利用黏土和水泥基環(huán)境巖土材料在二維和三維空間內(nèi)的孔隙實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)研究其適用性,結(jié)果表明:三維空間內(nèi),第3種孔隙率模型預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值吻合很

5、好,二維空間內(nèi),模型的有效性與相應(yīng)的孔隙數(shù)量～孔徑分布分維數(shù)大小緊密相關(guān)。
　　 利用提出的描述孔隙孔徑分布的孔隙率模型,給出了基于土體微觀孔隙結(jié)構(gòu)的固結(jié)變形計(jì)算公式,在低固結(jié)壓力下壓縮應(yīng)變計(jì)算值與實(shí)測(cè)值相差約0.007;建立了多種非飽和土的土.水特征曲線模型,從形式上包含了現(xiàn)有的土-水特征曲線模型,由于模型中的顆粒原狀面積(體積)分布分維數(shù)能反映孔隙分布特性,因而建立的土-水特征曲線模型更為合理;最后給出了土體黏聚力及巖土介質(zhì)