不同压实度黏性土微细观孔隙结构研究及分形表征

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土体物理力学性质的改变是凭借其微观孔隙结构来表现的,因此通过展开对土体微细观结构的研究就有着极其深刻的意义。土体的种类并不是以单一的形式存在且具有多样化,黏性土的结构比较复杂,孔隙结构的变化将会直接导致力学性能发生改变,这就带来了定量研究上的诸多不便。以至于现在对土的研究远远没有达到应用实体工程的地步。可以说黏土的微细观研究是探索改变其力学性能、产生动态和影响价值的一个过程,因此从微细观角度进行研究其内在规律性具有相当重要的科学意义,更能利用加深的理论基础使黏土性质对建筑工程的适应性有更明显的提升。
  在本文中,研究工作和结论如下:
  (1)本文试验研究用黏土取自武汉市汉街基坑底部,此地区黏土具有孔隙率高、压缩性大、含水率高的特点。首先利用高分辨率数码相机对风干重塑土体及在常温状态下干燥收缩的土体试样进行微距拍照,并利用扫描电子显微镜(SEM)取得了土体放大500倍的微观照片,以待对黏性土微细观孔隙结构进行定量分析。
  (2)通过图像处理软件IPP软件对所有拍摄的照片用黑白二元化做处理,并运用图像处理软件PS(PhotoShop)的图层、路径、删除、反选功能对黑白二元化图片进行加工,力求加工图片均能真实反映土体结构情况。
  (3)利用IPP软件对加工后的全部照片进行分析,通过计算得到了孔隙个数、孔径大小、面积大小。并依据这些指标利用孔径大小的不同划分若干的孔径区间。
  (4)在对收缩前细观土体分析时,发现干密度越小的试样孔隙较多,孔隙度就较大。相反干密度较大的试样孔隙度较少,土体越密实,其中孔隙主要分布在0.133~0.138mm内。干燥收缩后的土体孔隙主要分布在0.134~0.137mm内,且收缩后的土体试样几乎是大孔隙在变化,小孔隙变化的不明显。
  (5)在计算干燥收缩后土体的收缩率时,干密度越小的试样收缩的越多,干密度越大的试样收缩越小。
  (6)细观土体试样颗粒原状面积具有很好的分形特性,且分维数随干密度的增大而增加。但孔隙数量分形特性的变化规律不明显。
  (7)在做电镜扫描时,所取研究的区域范围内土体不能真实反映内部本质特点,空间变异性比较大。
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