軟黏土微觀定量研究及其應(yīng)用.pdf

1、土作為一種工程材料，具有相當(dāng)復(fù)雜的特性，集合了非連續(xù)性、非均勻性、力學(xué)性質(zhì)的非線性，但作為一種結(jié)構(gòu)性體，其又具有系統(tǒng)性，其系統(tǒng)內(nèi)部組成是相互關(guān)聯(lián)和協(xié)調(diào)的。土體在宏觀上表現(xiàn)的一系列物理力學(xué)性狀均是其內(nèi)部徼細(xì)結(jié)構(gòu)的具體表現(xiàn)，其宏觀性質(zhì)在一定程度上受微觀結(jié)構(gòu)狀態(tài)和變化的影響。為進(jìn)一步了解宏微觀之間的聯(lián)系及其在土力學(xué)中的應(yīng)用，本文在總結(jié)國內(nèi)外軟土微觀結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)上，針對軟土的微觀孔隙率及影響因素、宏微觀孔隙率之間的關(guān)系、平均接觸面積率及其影響

2、因素等問題，利用宏觀孔隙率與平均接觸面積率之間的關(guān)系分析土力學(xué)問題。本研究主要內(nèi)容包括：
　　⑴通過對軟土的SEM圖像掃描，定性分析了其結(jié)構(gòu)孔隙特征，建立了基于Image-Pro Plus(IPP)軟件的三維孔隙率計算模型，通過微積分思想，推導(dǎo)了三維孔隙率計算公式，定量統(tǒng)計軟土的三維孔隙率。分析了由二值化處理獲取的平面孔隙率與本文提出的統(tǒng)計三維孔隙率之間的關(guān)系。結(jié)果表明:本文提出的三維孔隙計算公式是可行的，較二值化處理獲取的平面孔

3、隙率，本文獲取的三維孔隙率更加接近孔隙真實情況。
　?、茷楂@取合理的軟土微觀三維孔隙率，分析了計算步距、放大倍數(shù)、閾值大小、分析區(qū)域大小等對孔隙率計算結(jié)果的影響。研究結(jié)果表明:步距越小精度越高，采用步距2有利于兼顧計算容量和精度要求;研究放大倍數(shù)宜采用1200±300倍;閾值取值跟放大倍數(shù)有關(guān)，放大倍數(shù)越大閾值也應(yīng)相應(yīng)增加;分析區(qū)域面積不宜太小，能有效反映整張圖像信息的區(qū)域面積應(yīng)占圖像總面積的70％以上。
　?、峭ㄟ^對比室內(nèi)

4、試驗獲取的宏觀孔隙率與計算孔隙率之間的關(guān)系，定量獲取土體接觸面積的百分比，首次提出了軟土平均接觸面積率的概念，并分析了計算步距、放大倍數(shù)、閩值大小、分析區(qū)域大小對軟土平均接觸面積率的影響。結(jié)果表明:土體接觸面積率的值跟孔隙率有關(guān)，孔隙率越大，接觸面積率越小，結(jié)果符合孔隙分布的客觀規(guī)律。
　?、葹榈玫杰浲梁暧^孔隙率與接觸面積率之間的關(guān)系，對杭州、寧波和奉化三地的軟土進(jìn)行了大量的SEM圖像掃描及室內(nèi)土工試驗，并用本文提出的計算方法，得

5、到了軟土孔隙率與平均接觸面積率之間的關(guān)系，結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計方法，擬合得到了孔隙率與平均接觸面積率之間的關(guān)系式，定量獲得了杭州、寧波及奉化軟土的方程參數(shù)。
　　⑸在土的滲透與滲流中考慮土體的接觸面積率，得到了考慮接觸面積率的土體滲流流速方程，通過考慮接觸面積的土體受力微元，推導(dǎo)了滲流中的滲透作用力及滲流出口處的臨界水力坡度計算公式，得到滲流出口出的受力穩(wěn)定由三部分組成，包括滲透力、摩擦力和黏聚力，當(dāng)不考慮摩擦和黏性時，該式與太沙基式等同

6、。
　?、试诠探Y(jié)分析中引入土體的接觸面積，考慮土體的固液兩相非連續(xù)性，推導(dǎo)得到了考慮接觸面積的有效應(yīng)力表達(dá)式，包括考慮宏微觀關(guān)系的太沙基一維固結(jié)方程和三維Biot固結(jié)方程。
　?、嗽谕翂毫碚撝幸胪馏w顆粒的接觸面積，得到考慮接觸面積后的水土分算土壓力比傳統(tǒng)的土壓力值要小，并分析了土壓力傳遞的原理，并推導(dǎo)了考慮滲流、超孔隙水壓影響的水土分算計算式。
　　⑻把平均接觸面積率引入土坡穩(wěn)定分析，得到了考慮接觸面積大小的邊坡穩(wěn)