中國濕陷性黃土的結(jié)構(gòu)性研究.pdf

1、從土的結(jié)構(gòu)性出發(fā)進行土的工程性質(zhì)的研究已成為土力學發(fā)展的新方向，而黃土由于其特殊的結(jié)構(gòu)所具有的濕陷性為黃土地區(qū)的建設安全帶來了巨大的隱患。濕陷性黃土在天然狀態(tài)下可以保持較高的強度和較低的壓縮性，但遇水浸濕后，結(jié)構(gòu)迅速破壞，發(fā)生突然的下沉變形，強度也隨之大幅下降，具有極大的危害性。本文依托國家自然科學基金項目“中國黃土的微觀結(jié)構(gòu)與濕陷性”(項目編號：50478096)，通過選取我國不同黃土地區(qū)的典型濕陷性黃土土樣，結(jié)合大量的室內(nèi)土工試驗，

2、并借助掃描電子顯微鏡測試技術，對黃土的微結(jié)構(gòu)圖像進行了細致的定性分析以及定量評價，從黃土的結(jié)構(gòu)特性出發(fā)，對黃土的濕陷機理及濕陷變形規(guī)律進行綜合研究，提出了造成黃土濕陷的主要結(jié)構(gòu)因素，總結(jié)了微結(jié)構(gòu)特征與濕陷性之間的統(tǒng)計關系，為正確評價黃土的濕陷性并有效控制黃土的濕陷變形提供了理論依據(jù)，對我國黃土地區(qū)的工程建設事業(yè)的發(fā)展具有積極的意義。主要研究成果如下：
　　 ⑴通過黃土的顆粒分析試驗得出，黃土的顆粒組成以粗粉粒為主，也含有較多的黏

3、粒。土體中黏粒含量的增多在一定程度上會降低黃土的濕陷性，但不能僅根據(jù)黏粒的含量來判斷黃土的濕陷性。一些地區(qū)的土樣黏粒含量在30[％]以上，仍具有較強烈的濕陷性。利用掃描電鏡對該土體結(jié)構(gòu)進行觀察，發(fā)現(xiàn)其原因為黏粒只是存在于團粒的內(nèi)部，而團粒表面起骨架膠結(jié)作用的黏粒很少，團粒之間呈松散排列，土體存在較大的濕陷性，黏粒的高含量對于黃土的濕陷性沒有影響。所以考慮黏粒對黃土濕陷性的影響，除考慮其含量外，還要重點確定其在土體中的賦存狀態(tài)。
　

4、　 ⑵通過反復試驗，成功研制出一套適合于濕陷性黃土微觀結(jié)構(gòu)分析的制樣方法，并確定了適用于黃土浸泡的液體材料及配比，在不擾動土體結(jié)構(gòu)的前提下，獲得清晰的微觀圖像，為今后濕陷性黃土的結(jié)構(gòu)研究奠定了基礎。
　　 ⑶在前人對黃土結(jié)構(gòu)總結(jié)的基礎上，對黃土的結(jié)構(gòu)進行了更合理的分類。將黃土的基本單元體形式歸納為顆粒狀單元體、團粒狀單元體；單元體間的連結(jié)方式劃分為接觸連結(jié)和膠結(jié)連結(jié)；根據(jù)單元體不同的排列方式而形成的孔隙分為單元體內(nèi)孔隙、鑲嵌孔

5、隙、架空孔隙、大孔隙。
　　 ⑷根據(jù)孔徑的大小將孔隙劃分為大孔隙(>500μm)、中孔隙(500-50 μm)、小孔隙(50-5μm)和微孔隙(<5μm)，并將其與根據(jù)單元體的排列形式劃分的孔隙類型相對應。單元體內(nèi)孔隙基本屬于微孔隙，鑲嵌孔隙與小孔隙相對應，架空孔隙包括中孔隙和孔壁未加固的大孔隙。將各種結(jié)構(gòu)的孔隙形式具體量化，便于今后對孔隙結(jié)構(gòu)進行定量分析。
　　 ⑸通過對不同地區(qū)黃土微結(jié)構(gòu)的分析總結(jié)，并與其濕陷性相對比

6、，得出在黃土結(jié)構(gòu)特征的三個基本要素中，以單元體間的排列方式最為重要。骨架單元體之間松散排列形成的架空孔隙是黃土產(chǎn)生濕陷的根本原因。
　　 ⑹根據(jù)土樣的掃描電鏡微觀圖像為二維圖像的特點，確定將孔隙面積比作為微結(jié)構(gòu)定量分析的主要測量參數(shù)。對于IPP圖像處理軟件得出的數(shù)據(jù)進行了全面的分析和研究，最終確定以放大倍數(shù)1000倍，以灰度分布曲線上后方峰值的左側(cè)坡腳(峰值左側(cè))所對應的閾值，來統(tǒng)計土樣的孔隙面積比。
　　 ⑺按照確定的

7、放大倍數(shù)和閾值取值方法統(tǒng)計出各地土樣的孔隙面積比，并與室內(nèi)土工試驗得出的孔隙率相對比進行驗證，得出所確定的微結(jié)構(gòu)分析方法合理，統(tǒng)計數(shù)據(jù)對于土體的微結(jié)構(gòu)特征具有一定的代表性。
　　 ⑻根據(jù)土樣的微結(jié)構(gòu)圖像定量分析結(jié)果，土樣垂直面的結(jié)構(gòu)規(guī)律性要好于水平面，垂直面的孔隙面積比隨埋深的增加而減小，其變化呈線性關系；濕陷系數(shù)隨孔隙面積比的增加而增大，孔隙面積比與濕陷系數(shù)之間呈對數(shù)曲線關系?？偨Y(jié)得出了黃土孔隙面積比與埋深之間的線性回歸方程式

8、，以及孔隙面積比與濕陷系數(shù)間的對數(shù)回歸方程式。
　　 ⑼通過黃土的各項物理性質(zhì)與濕陷性的關系研究得出，隨著含水量、重度、干重度、飽和度的增加，黃土的濕陷系數(shù)降低，濕陷性減弱；隨著孔隙比、孔隙率的增加，黃土的濕陷系數(shù)提高，濕陷性增強。并分析總結(jié)了非濕陷性黃土和強濕陷性黃土所對應的各項物理性質(zhì)指標，對工程實踐中正確評價黃土濕陷性具有一定的指導意義。
　　 ⑽通過黃土的不同初始含水量固結(jié)試驗得出，隨著初始含水量以及初始飽和度的