考虑非饱和特性的黄土湿陷性与微观结构分析.pdf

《考虑非饱和特性的黄土湿陷性与微观结构分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第32卷第5期防灾减灾工程学报Vo1．32NO．52012年lO月JournalofDisasterPreventionandMitigationEngineering0ct．2012考虑非饱和特性的黄土湿陷性与微观结构分析马富丽，白晓红，王梅，杨晶。，韩鹏举(1．太原理工大学建筑与土木工程学院，太原030024；2．太原理工大学矿业工程学院，太原030024；3．太原电力高等专科学校土木工程系，太原030013)摘要：利用扫描电子显微镜测试技术对3个场地16个土样的微观结构进行观测，并使用图像处理软件对微观图像进行处理、对土样孔隙的几何特征参

2、数和分维数进行了提取，土样孔隙分布分维数为1．816～1．936。利用分形几何学原理建立非饱和土的孔隙分布函数，对天然湿度下黄土中水分分布进行分析，运用回归分析的方法对孔隙的分维数、非饱和孔隙孔隙率和湿陷性的关系进行了分析。结果表明：孔隙分维数越大，孔隙结构越复杂；天然湿度下处于非饱和状态的黄土孔隙孔径均大于40／xm，黄土的湿陷系数随着孔隙分维数、非饱和孔隙孔隙率的增大而增大，非饱和孔隙是造成黄土湿陷的主要原因。关键词：非饱和土；湿陷性黄土；微观结构；分形；实验研究中图分类号：TU411．92文献标识码：A文章编号：1672—2132(201

3、2)05—0636—07引言1试样制备和试验方法湿陷性黄土是指在一定压力下受水浸湿，土结1．1试样制备构迅速破坏，并产生显著附加下沉的黄土口]。水是导试验所用16个土样分别采自I、II、III3个场地，致黄土发生湿陷的外因之一，天然低湿度下具有明其中1～6号土样采自场地I，7～11号土样采自场地显高强度和低压缩性的黄土，一旦浸水甚至增湿时，会发生强度大幅度骤降和变形大幅度突增口]。关于II，12～16号采自场地III，其基本物理力学性质指标见表1。微观分析试样取自原状土样。选取有代表黄土的水敏性已有系统的试验研究，并取得了成果]。性的原状土样切

4、割成适当大小，尺寸一般为(30×2o黄土湿陷实际上是非饱和状态下土的力学行×15)mm，置于室内阴凉干燥处，经过3个月自然为，因而非饱和特性成为黄土湿陷机理研究不可忽风干。将上述风干微观试样粗胚用环氧树脂、丙酮、略的因素。湿陷性黄土作为典型的非饱和土，土中水乙二胺、邻苯二甲酸二丁酯按一定比例配置而成的因受基质吸力的影响而分布不均匀，在天然低湿度胶结材料在真空状态下进行浸泡，用胶结材料将土状态下，某些孔隙可能处于完全饱和状态，而另一些颗粒胶结在一起，保证在后续试验过程中土样不受则处于非饱和状态，处于饱和状态的孑L隙受水浸入扰动，使获得的微观图像能

5、够真实地反应湿陷性黄而发生破坏的可能性较小。因而，本文的工作是通过土的特殊结构。经过3个月硬化后，对土样进行切试验对天然湿度下土中水在孔隙中的分布进行分割、研磨和抛光，使表面平整、清洁且无悬浮颗粒，制析，将扫描电子显微镜测试技术和分形几何学结合，成试样。试样测片导电性较差，易影响图像质量，需建立非饱和土的孔隙分布函数，并对处于非饱和状要在其表面喷镀一层薄金膜，以增强其导电性，使用态的黄土孑L隙含量与湿陷性的关系进行分析。SBC一12小型离子溅射仪对试样进行镀金处理后，即*收稿日期：2012—03～10；修回日期：2012—06—25基金项目：国

6、家自然科学基金项目(51178287)、山西省自然科学基金项目(2010011029)、山西省回国留学人员科研项目(2011-026)资助作者简介：马富丽(1987一)，女，博士研究生。主要从事土的工程性质和微观结构方面研究。Email：mafuli0309@163．corn通讯作者：白晓红(1959一)，女，教授，博导。主要从事岩土工程领域的教学与研究Email：bxhong@tyut．edu．CI1第5期马富丽等：考虑非饱和特性的黄土湿陷性与微观结构分析D为研究对象的分维。为像素)所对应的含有孔隙的网格数N(ei)，在双对数坐标下利用各ln

7、N(e)、lnel值作散点图，并用最小2．2土中水的分布分析二乘法对各点进行拟合，若拟合曲线的斜率为K，则土的孔隙分布在统计意义上满足分形模型，因分维D一一K。lnN(e)一lne关系曲线见图3。而土的孔隙的分布函数符合式(1)。把孔隙视为球14体，则式(1)中的r为球体的半径，b为统计常数。那12么土中孔隙总体积可表示为1O一8v—l“一“N．4nr2dr(4)d一是孔隙最大孔径，将式(1)44人式(4)，得：42、，一J0dr一o(、等厂7㈣0Young—Laplace公式建立了基质吸力‘fI与非饱和土孔隙半径r之间的关系，即一2Tcosa

8、／r，其中丁图3InN(e)一ln~曲线表示表面张力，a为接触角。在孔径较小的孔隙中形Fig．31nⅣ(e)一lnecurve成曲率半径很小的空气和水