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饱和细粒土固结过程中三维微观空架结构研究

岩土工程学报 2019年第A01期41卷 197-200页

作者：李学宋晶赵洲李志杰黄伟标中山大学地球科学与工程学院广东广州510275 广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室广东广州510275 广东省地质过程与矿产资源探查重点实验室广东广州510275

饱和细粒土具有典型的多尺度孔隙三维空架结构,显著影响着土体固结沉降等宏观力学特征。基于SEM及多能量同步辐射X射线μCT技术结合数据约束算法(DCM),建立饱和细粒土多尺度结构三维微观模型。研究结果表明:土样受荷时土体表面的表观孔... 详细信息

饱和细粒土具有典型的多尺度孔隙三维空架结构,显著影响着土体固结沉降等宏观力学特征。基于SEM及多能量同步辐射X射线μCT技术结合数据约束算法(DCM),建立饱和细粒土多尺度结构三维微观模型。研究结果表明:土样受荷时土体表面的表观孔隙率与体积孔隙率的变化趋势基本一致,但表观孔隙率略小于体积孔隙率。800 kPa压力是土样表面表观孔隙率随压力变化的转折点,土体在800 kPa压力时其微观结构发生了显著变化,可能对应着土体骨架的蠕变变形。100 kPa土样和800 kPa土样表面的平均孔隙形状系数出现异常,100 kPa时低于均值0.32,而800 kPa时显著高于0.32,表明土体中孔隙在受压初始阶段对压力变化较敏感,而在固结后期土体结构发生变化。土样的实验孔隙率略大于由DCM计算出的体积孔隙率和DCM导出二维切片的表观孔隙率,经DCM二维切片得到的土样平均表观孔隙率在0.35~0.45范围内波动。数据约束模型突破分辨率限制,实现微纳米级颗粒的三维结构表征,同时PCAS检验数据约束模型切片数据可为计算土体孔隙率提供新途径。

关键词：饱和细粒土孔隙 SEM 数据约束模型三维微观结构

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饱和细粒土孔隙结构定量表征

岩土工程学报 2019年第A02期41卷 153-156页

作者：李学宋晶赵洲李志杰黄伟标中山大学土木工程学院广东珠海519000 中山大学地球科学与工程学院广东广州510275 广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室广东广州510275 广东省地质过程与矿产资源探查重点实验室广东广州510275

土的物质组成多样且结构尺度跨度大,多物质成分和多尺度结构影响土体结构特征。借助室内试验及数值模拟(数据约束模型),表征饱和细粒土固结过程中多物质成分的多尺度结构,并进行三维结构定量表征,侧重探讨饱和细粒土固结过程中孔隙结构... 详细信息

土的物质组成多样且结构尺度跨度大,多物质成分和多尺度结构影响土体结构特征。借助室内试验及数值模拟(数据约束模型),表征饱和细粒土固结过程中多物质成分的多尺度结构,并进行三维结构定量表征,侧重探讨饱和细粒土固结过程中孔隙结构的变化特征。研究表明,饱和细粒土受压固结的蠕变界限在400 kPa左右,对应的界限孔隙值为0.4μm(微米孔隙)。随土样受压强度增加,土体中不同尺度的孔隙及其连通体数量均发生变化:孔隙和孔隙连通体数量都先增加后减少最后趋于稳定,但变化规律并不完全一致。孔隙数量在200 kPa压力时达到峰值,而孔隙连通体数量却在400 kPa压力下达到峰值,孔隙总体积受孔隙数量和孔隙体积两个因素影响。土体固结前期主要发生大孔隙变形,大孔隙数量是影响其固结效应的重要因素。而在固结后期,微小孔隙体积是影响土体固结效应和蠕变的关键因素之一。本研究多方法结构分析在突破吹填淤泥这类饱和细粒土的结构定量分析后,有利于物质微宏观力学理论的进一步深化。

关键词：饱和细粒土多物质成分多尺度结构数据约束模型三维表征

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饱和细粒土固结过程的三维孔隙演化特征

工程地质学报 2016年第5期24卷 931-940页

作者：刘治清宋晶杨玉双任玉琦中山大学地球科学与地质工程学院广州510275 澳大利亚联邦科学与工业研究组织中国科学院上海应用物理研究所上海201204

孔隙作为软土的重要组成单元，在软土性质发生改变时其变化最直接、最明显。研究软土固结过程中孔隙演化特征，对于认识软土排水固结机制具有重要理论意义。本文对大亚湾饱和细粒土在梯度压力下的孔隙结构进行微纳米尺度定量分析：将圆... 详细信息

孔隙作为软土的重要组成单元，在软土性质发生改变时其变化最直接、最明显。研究软土固结过程中孔隙演化特征，对于认识软土排水固结机制具有重要理论意义。本文对大亚湾饱和细粒土在梯度压力下的孔隙结构进行微纳米尺度定量分析：将圆柱形土样进行真空冷冻升华干燥，利用同步辐射显微CT获取分辨率1.625μm的二维切片，应用Avizo软件的灰度阈值截断法将二维切片重建三维结构，采用形态学算法对三维孔隙结构进行量化和表征。研究表明：自沉状态下超过90%孔隙的等效直径为4～10μm，只有少数孔隙的等效直径大于40μm；土样在100kPa压力作用后，大孔隙数量迅速减小，小孔隙数量迅速增加，表明初始状态下孔隙对压力最为敏感；大中孔隙容易被压缩消灭或被分裂为小微孔隙；随压力增加孔径变化趋于平缓，小孔隙和微孔隙占优势，孔隙的抗压能力与大小成反比。经梯度压力作用后土体从絮凝结构逐渐变成片叠结构，颗粒之间平行排斥，孔隙丰度逐渐减小，形状变得细长，方向趋于水平。本研究利用同步辐射显微CT技术结合三维可视化软件Avizo，建立具有真实孔隙结构特征的软土三维模型，从微纳米尺度分析了饱和细粒土的固结蠕变机理。

关键词：饱和细粒土同步辐射显微CT Avizo三维重构孔隙特征

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饱和细粒土固结过程中微观结构研究

人民长江 2019年第9期50卷 180-186页

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

饱和细粒土物质组成复杂且结构尺度跨度大,受压后微观结构的变化可反映宏观力学行为。借助室内试验(压汞试验、计算机断层扫描技术)及数值模拟方法(数据约束模型),建立饱和细粒土微观结构三维模型,实现土体物质组分和尺度的初步概化与... 详细信息

饱和细粒土物质组成复杂且结构尺度跨度大,受压后微观结构的变化可反映宏观力学行为。借助室内试验(压汞试验、计算机断层扫描技术)及数值模拟方法(数据约束模型),建立饱和细粒土微观结构三维模型,实现土体物质组分和尺度的初步概化与分类。并尝试从微观结构和微宏观定量联系方面解释固结压力对饱和细粒土微观结构的影响,从而探讨饱和细粒土固结时的微宏观特征,确定固结压力过渡值。目前微纳米级小尺度团聚体的定量信息无法采用其他方法获取,但采用数据约束模型分析方法可以揭示孔隙和矿物团聚体的大小和数量随压力变化的敏感性。固结压力中400kPa是压力过渡值,显示土体固结过程中孔隙收缩速度变慢,矿物团聚速度显著增加。饱和细粒土承受大于400kPa以上的压力后,孔隙和矿物连通体的多尺度组合特征变得稳定。结合土体压缩变形特征,推测饱和细粒土蠕变界限在400kPa左右,对应着土体结构破坏的临界压力。所采用的数据约束模型方法在突破微米级尺度后可实现微纳米尺度分析,可供其他工程材料研究参考。

关键词：饱和细粒土三维微观结构临界压力数据约束模型 μCT试验

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饱和细粒土动荷作用机理研究

饱和细粒土动荷作用机理研究

作者：刘正银中国海洋大学

学位级别：硕士

随着建筑工程特别是关系国计民生的高速公路、水库大坝建设的迅猛发展,大区域饱和细粒土动荷载作用下出现的微振液化,引发结构物不均匀沉降、沉陷、渗漏及翻浆等病害,影响高速公路等重点工程的安全及使用寿命。目前,有关饱和细粒土在非... 详细信息

随着建筑工程特别是关系国计民生的高速公路、水库大坝建设的迅猛发展,大区域饱和细粒土动荷载作用下出现的微振液化,引发结构物不均匀沉降、沉陷、渗漏及翻浆等病害,影响高速公路等重点工程的安全及使用寿命。目前,有关饱和细粒土在非地震力作用下的液化机理和评价是理论界和工程界十分关注的问题。本文从现场试验和室内试验的角度,研究饱和细粒土在循环荷载作用下液化破坏及变形特性,通过实测数据,进行液化机理、程度及垂向影响深度的研究。首先,收集较多国内外有关饱和细粒土在动荷作用下的研究资料,进行分析及对比。其次,选定黄河三角洲现场试验场所,确定试验设计方案,并采用目前国内外先进的原位测试及室内试验手段,取得试验数据并进行拟合、回归分析,为液化判别进行有益的尝试。具体进行以下方面现场及室内试验工作: (1) 通过现场调研和考察,结合实际公路地基勘察项目;选择典型地段进行钻探、取样、标贯、静探、动载荷试验等现场原位测试,取得代表性地段现代黄河沉积形成的饱和细粒土地层结构、力学指标和地球物理参数;(2) 进行室内典型土样的微结构扫描电镜和矿物成分X射线分析;利用一系列常规室内土工试验以及静三轴试验、高压渗透试验,研究黄河沉积的饱和细粒土的基本物理力学性质指标和固结、排水状况;(3) 利用现场循环荷载试验来分析黄河沉积的饱和细粒土在车辆作用下的变形机理。从现场及室内试验结果分析,得出如下结论: 1.根据现场钻探、取样和室内分析,揭示黄河三角洲饱和细粒土特征,主要为亚砂土夹少量亚粘土,含有细砂、粉细砂。地下水位较浅,土体含水量较大,强度变化较大。土体的微结构特征,总体基本一致,颗粒表层多附着细小颗粒,多数呈椭球状;粒间多直接挤压接触,有极少量链状连接,大多呈骨架状结构。 2.黄河三角洲地基土的液化过程机理研究结论: (1) 施加循环振动荷载时,土体对振动能量的吸收特性受振动导致土体结构性变化的影响,归一化振动能量在研究深度范围内的衰减符合对数型函数关系;振动能量为140N/m·次时,在0—30cm范围内衰减速度最快,土体被振动密实,

关键词：饱和细粒土循环荷载液化机理地基变形破坏孔隙水压力

饱和细粒土微振液化机理探讨与沉降变形预测及处置研究——以黄河三角洲地基土研究为例

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饱和细粒土微振液化机理探讨与沉降变形预测及处置研究——以黄河...

作者：段兆臣中国海洋大学

学位级别：硕士

本学位论文以山东省交通科技基金项目“饱和细粒土微振液化机理探讨与沉降变形预测及处置研究”为依托,旨在对山东省高等级公路地基由于车辆动荷载微振作用引起的饱和细粒土液化、不均匀变形沉降问题的研究,并进一步提出合理的地基液化... 详细信息

本学位论文以山东省交通科技基金项目“饱和细粒土微振液化机理探讨与沉降变形预测及处置研究”为依托,旨在对山东省高等级公路地基由于车辆动荷载微振作用引起的饱和细粒土液化、不均匀变形沉降问题的研究,并进一步提出合理的地基液化处置措施。随着现在高等级公路的大量投入使用,在黄河沉积区,由于地下水位的反复升降,加上交通量的微振作用,引起饱和细粒土地基的液化及不均匀沉降,导致路面开裂、破损,严重影响了路面的使用状况,大大增加了养护维修费用,现已成为一个亟待解决的问题。这是本文的立论依据之一。通过对研究区饱和细粒土在车辆动荷载作用下,产生微振液化和变形破坏的综合分析和深入探讨,建立起一套适合本地区饱和细粒土的动应力应变关系特征以及发生变形破坏的模型,科学预测微振液化的区域和变形的发生、发展过程,给出适宜的地基处理方案,为路桥建设中的地基安全服务,降低养护维修费用。这是本文立论的另一个依据。本论文的研究区主要选择在黄河三角洲地区的高速公路拟建地,能反映出高速公路经过地区的实际工程地质特征。根据现场钻探、取样和室内分析,得出黄河三角洲饱和细粒土特征,土体主要为亚砂土和亚粘土,还含有细砂、粉细砂。地下水位较浅,最浅的达到离地面约10cm,含水量普遍比较大。土体的微结构特征,总体基本一致,颗粒表层多有细小颗粒附着,且多数呈椭球状;粒间多为颗粒直接挤压接触,极少量有链状连接,绝大多数呈骨架状结构。矿物特征,主要是碎屑矿物占绝对优势,其中石英含量最大,其次为长石、方解石。粘土矿物主要为伊利石和绿泥石,其中纯伊利石占粘土矿物总量的一半以上;高岭石和蒙脱石占粘土矿物含量较少。研究发现,黄河三角洲地区饱和细粒土的特征具有很强的特殊性,根据现场

关键词：黄河三角洲饱和细粒土微振液化变形预测处置措施

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强夯法加固饱和细粒土地基的工程实践

矿业科学技术 2000年第1期28卷 36-38页

作者：李占强张国宾河北省建筑设计研究院河北省交通厅项目办

目前，强夯法加固饱和细粒土地基仍处于理论探索及模拟阶段，其加固理论尚不成熟。本文通过强夯法在饱和细粒土地加固工程中的成功实践，对其加固饱和细粒土地基的机理、设计、施工、效果检验等方面作了初步探讨。

关键词：强夯法饱和细粒土地基处理加固

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微震对饱和细粒土体渗透系数影响试验研究

土工基础 2012年第4期26卷 116-118,134页

作者：徐庆军山东高速建设集团有限公司济南250061

饱和细粒土体在微震作用下易于产生振动液化现象,严重影响建造在该土体上公路使用功能的正常发挥。为控制施工过程中饱和细粒土的微震液化发生,基于室内外试验研究微震对土体渗透系数的影响,研究表明渗透系数随着振动次数的增加呈现先... 详细信息

饱和细粒土体在微震作用下易于产生振动液化现象,严重影响建造在该土体上公路使用功能的正常发挥。为控制施工过程中饱和细粒土的微震液化发生,基于室内外试验研究微震对土体渗透系数的影响,研究表明渗透系数随着振动次数的增加呈现先减小后增大的趋势,土的粒径大小与级配和孔隙比对渗透系数的影响最大。研究结果可为饱和细粒土地区施工中控制微震液化提供一定的指导作用。

关键词：微震饱和细粒土渗透系数液化