土微观结构特征的定量研究及其在工程中的应用

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1、第28卷第2期成都理工学院学报JOURNALOFCHENGDUUNIVERSITYOFTECHNOLOGYV01．28No22001年4月ADr200l[文章编号]1005—9539(2001)020148—06土微观结构特征的定量研究及其在工程中的应用王清王凤艳肖树芳(1·吉林大学环境与建设工程学院，长春130026；2．吉林大学地球探测与信息技术学院)[摘要]在币两类型牯性土曲研究基砖上，通过s日圈像处毫技术，提出了粘性土微观结构中结构单元体形态、定向性、孔豫特征辞结构要素曲定量评价指标，运月i甘算机田像赴星技

2、术，对几种粘性土在币蔚剪切荷茕作用下曲变形进行了分析。[美蕾词]定向窟l平蚜方向者l平面态杀截I定向分布函教[分类号]TU411．7[文献标识码]A土在长期定量荷载作用下，变形随时问的增长而增大，决定其变形量大小的主要因紊之一是土的结构强度]'[；换言之，土的位移和变形主要是由土体内结构变化(结构单元体之间的相对位移和错动等变形)所导致的。因此，要研究土的变形与强度时效的本质，微观结构是研究的起点C~3,C4]并以此为基础，建立相关的数学关系，以达到研究和预测土体变形和强度变化的目的土的微观结构是借助于电子扫描显微

3、镜，将土样放大到一定倍数下进行观察分析(图1)土的微观结构是由其基本单元体构成的，通常称为结构单元体，而结构单元体主要是由单粒(原生矿物的碎屑)和集粒(细小矿物颗粒、个别有较大的原生矿物碎屑被一些胶结物胶结而成的矿图1土体微观结构Fig．IMierostructureofsail物集合体)组成。结构单元体的大小、形状、排列组台方式及其结构连结状况就是土的微观结构。在研究因为土体微结构的定向性如何将直接影响着土体的变形随时问变化过程中，结构单元体被看成是一个工程地质性质，例如具有一定定向性的土体其渗透整体，由于它们的

4、成因类型不同，通常它们在变形过性、压缩性、抗剪性等性质的各向异性是十分明显程中和变形后是不稳定的整体，具体表现在它们的的，这就引起广大土体工程地质工作者的广泛重大小、位置和形状都不断在发生着变化。如集粒被压视]．L。早在2O世纪4O～60年代，国内外就有土壤密、位移等。因此，结构单元体在土的变形过程中是学家和工程地质学家如Silverman(1960)、Tairbain处于一种动态的平衡中，在不同时空上，土的微观结(i943)、陈宗基(1957)、Lambe(1953)等，应用x射构具有其各自独特的变化特征，在正常

5、情况下，土的线衍射仪和偏光显微镜对矿物片(粘土矿物片)的定位移和变形主要是由结构单元体之间的相对位移和向排列进行了定量的测试工作，取得了一定的成绩错动所导致的。随着科学技术的不断进步，新兴技术陆续被引入到土的微观结构是十分复杂的，在获得的大量信土结构的研究领域，尤其是电子计算机及扫描电子息数据中，土微观结构的方向性信息是十分重要的。显微镜的应用，使土结构定向性研究取得了突飞猛[收辅日期]2000．07—02[基金项目]国家自然科学基金资助项目(49672165，49972089)和中国博士詹科学基金资助项目[作者筒

6、介]王清(1959一)，女，博士，教授，工程地质及岩土工程专业．(E—mailqingwang@publie．cc．it．on)第2期王清等：土微观结构特征的定量研究及其在工程中的应用·149·进的发展。为达到进一步的定量分析的结果，本文总被调整的速度和程度往往较小；相反，粒径较小的结结前人研究结果-[¨，借助于扫描显微镜构单元体则较容易进行调整，且颗粒排列方向容易(sEM)和孔隙压汞测试技术，结合数理统计理论，形成较好的定向性。因此，粒径较大的结构单元体的对sEM获得的图片，应用计算机的科学技术理论，方向性在结构

7、定向性乃至土体变形的研究中起着十进行图像处理，对结构单元体的形态、定向性、孔隙分重要的作用，即在计算方向性的过程中应分配以特征等结构要素进行综合分析，以达到定量分析和较大的权重。但应注意特殊情况要区别对待，对于土评价的目的。体中少数粒径特别粗大的结构单元体，通常认为在为使土微观结构的定量评价指标能进一步地指正常力的作用下难以调整其固有的方向．因此，对这导工程实际，笔者选用了几种粘性土进行了不同变种粒径异常大的结构单元体在计算中应予以剔除。形阶段土的微观结构定向性的定量评价，来进一步考虑到结构单元体的排列方向在O。～

8、360。之间变证明该评价指标的实用性。化，因为角在O。～360。范围内是镜像对称的，所以，在统计时只考虑O。～18O。的范围，并为了确定其1土的微观结构定向性的定量研究方向，这里规定以直角坐标的轴正向方向为0。，土的结构单元体的形态在实际情况中十分复与轴正向方向的逆时针夹角为正角值值，与杂，其形状各异，十分不规则。为了实际而更有效地轴正向方向的顺时针夹角为负