干湿循环作用下古土壤细微观结构及宏观力学性能变化规律研究

论文摘要

为了明确天然及干湿循环状态古土壤的细微观特性及力学性质变化情况,揭示细微观结构变化与宏观力学性质的相关关系,并区分古土壤与黄土间存在的差异性。基于此,从银西高铁早胜三号隧道取古土壤试样,分别利用X射线衍射、扫描电镜及核磁共振技术,从矿物成分、孔隙特征、接触形式及弛豫时间等几方面对不同条件下古土壤的细微观特征及力学特性进行了系统研究,并同黄土的已有研究成果进行了对比。认为:古土壤主要以石英、长石、方解石等矿物为主,在微观层面表现出凝块、集粒发育,以间接接触、面–面接触为主,微小孔隙占比较大,颗粒趋于类圆形,分布相对集中的特点。而在细观层面核磁共振结果表现为反演良好、三峰分布、一主两次的T2谱分布形式;但随着干湿循环的进行,粒间接触形式由面–面接触逐渐过渡为边–面接触,最后发展为边–边或点–面的形式。同时,微小孔隙所占比例逐渐减少,大中孔隙含量逐渐增加,颗粒丰度值不断增加,分形维数逐渐减小。在细观尺度上,T2谱主峰仍占到绝大多数,且随着循环次数增加,图谱峰值大致增加,谱图不断右移,谱面积逐渐增大,与循环次数呈现良好的相关关系。同时,微、细、宏观相互作用使得土体黏聚力、内摩擦角随干湿循环的进行表现出负相关关系,而无荷膨胀率则表现出一定的正相关;将试验结果与黄土试验结果对比,发现古土壤中石英含量较少,伊利石含量较多,方解石含量最多;微孔隙所占比例较大,小孔隙比例较小,大中孔隙含量相当;颗粒分布相对集中,形状趋于圆形。

论文目录

1 引言

2 试验过程

2.1 土样的基本物理性质

2.2 试验仪器及原理

2.2.1 X射线衍射原理

2.2.2 扫描电镜原理

2.2.3 核磁共振孔隙分析仪原理

2.3 试样选择

2.4 试验方案

3 试验结果及分析

3.1 古土壤的X射线衍射结果

3.2 不同放大倍数下古土壤的扫描电镜结果

3.3 扫描电镜结果的定性分析

3.4 扫描电镜结果的定量分析

3.4.1 图像处理

3.4.2 干湿循环对定量参数的影响

3.5 基于核磁共振技术的孔隙结构分析

3.6 干湿循环对抗剪强度的影响

3.7 干湿循环对膨胀率的影响

3.8 干湿循环条件下古土壤结构损伤的尺寸效应

4 结论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 叶万军,吴云涛,杨更社,景宏君,常帅斌,陈明

关键词: 土力学,古土壤,干湿循环,射线衍射,扫描电镜,核磁共振,尺寸效应

来源: 岩石力学与工程学报 2019年10期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑,基础科学

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 西安科技大学建筑与土木工程学院,西安科技大学道路工程研究中心,中铁十二局集团第四工程有限公司

基金: 中国铁路总公司科技研究开发计划(2017G007–G),国家自然科学基金资助项目(41672305),陕西省重点科技创新团队计划(2016KCT-30)~~

分类号: TU43

DOI: 10.13722/j.cnki.jrme.2019.0291

页码: 2126-2137

总页数: 12

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