饱和细粒土固结的三维多尺度结构演化及微宏观性质分析

作     者：李学 张鹏 宋晶 Li Xue;Zhang Peng;Song Jing

作者机构：中山大学地球科学与工程学院广州510275 中交第四航务工程勘察设计院有限公司广州510230 广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室广州510275 广东省地质过程与矿产资源探查重点实验室广州510275 

出 版 物：《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 (Journal of Tianjin University：Science and Technology)

年 卷 期：2019年第52卷第A01期

页      面：76-83页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080104[工学-工程力学] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(41877228 41877229 41572277) 广东省自然科学基金资助项目(S201204000733) 

主　　题：饱和细粒土 三维结构表征 微宏观性质 数据约束模型(DCM) 多尺度结构演化 

摘      要：饱和细粒土具有多物质多尺度共存的特殊性,其微观结构的形态演变是土体具有复杂工程特性的根本原因.本研究采用数据约束算法(DCM)结合多能量同步辐射X射线μCT技术,解决微观定量表征这一难题.基于物质对X射线吸收系数的差异,将土样材料分成孔隙、有机质和矿物质3个组分,进而表征了土样在不同固结压力下的物质赋存及多尺度三维结构演化特征.结果表明,饱和细粒土中孔隙与矿物质容易共存且互呈团絮状结构,弥散于土体中的有机质体积较小,多与孔隙重叠或位于孔隙与矿物团聚体交界处.当土样受压从0增加到1600 kPa时,孔隙连通程度减弱而矿物质贯通程度增强.固结压力超过400 kPa时,大孔隙连通体消失,微纳米尺度孔隙连通体开始出现.土体由大孔疏松状变成小孔密集状,微观结构变化不规律.细粒土结构的变化不仅与初始孔隙和矿物分布有关,也与固结压力有关.微宏观定量分析表明,饱和细粒土的力学特性与微纳米、纳米尺度的孔隙和矿物团聚体联系密切,这可为土体蠕变机制分析提供可行性理论和技术.