為探求軟黏土固結(jié)時微觀結(jié)構(gòu)演化規(guī)律,對上海軟黏土的原狀土和重塑土進行固結(jié)-電鏡試驗,采用圖像處理技術(shù)和分形理論研究孔隙比、孔隙尺度及孔隙度分維數(shù)的變化特征,為獲得三維孔隙比提出一種確定圖像二值化閾值的方法.結(jié)果表明,利用該法獲得的三維孔隙比準確性較高;干密度影響孔隙的大小和形狀,固結(jié)壓力改變顆粒間的接觸形式和分布;結(jié)構(gòu)性的影響貫穿固結(jié)全過程,壓密階段孔隙度分維數(shù)和孔隙比快速下降,結(jié)構(gòu)重組階段孔隙度分維數(shù)開始增長,孔隙比下降速率放緩;新的平衡階段孔隙度分維數(shù)逐漸降低,結(jié)構(gòu)趨于密實,孔隙比輕微下降. 

【文章來源】：深圳大學學報(理工版). 2020,37(06)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

400 k Pa下軟土的FESEM圖片

根據(jù)式(2)利用IPP軟件對所有土樣的SEM圖片進行圖像處理，設(shè)定閾值步距為2，得到固結(jié)前不同干密度下三維孔隙比及孔隙像素隨閾值的變化曲線(圖3和圖4)．由圖3可見，三維孔隙比隨閾值的增加而增大，當閾值小于100時，曲線斜率較小;當閾值大于100時，三維孔隙比隨閾值呈線性增長．由圖4可見，孔隙像素隨閾值的變化分為3個階段．閾值可表示顆粒表面至成像表面的距離，初期孔隙像素增長緩慢，此階段閾值定點在成像表面．隨著閾值的增加，閾值對應(yīng)的顆粒表面離成像表面越遠，曲線斜率開始增大．后期，孔隙像素增長緩慢，最終趨于平緩．本研究采用以下方法確定閾值:圖4曲線后段變化明顯減弱，趨近于直線，取變化率等于2×10-3的點對應(yīng)的閾值為三維孔隙比的閾值．以G1.3曲線為例，對應(yīng)閾值為188，對應(yīng)的三維孔隙比為0.975，宏觀孔隙比為0.990，誤差為0.187%.為研究上述方法的可行性，對原狀土和重塑土共30個土樣的FESEM圖片進行分析，將微觀孔隙比與宏觀孔隙比繪制在e-p坐標圖(圖5)．由圖5可知，兩者較為接近，誤差較�。�

用卡薩格蘭德法求得原狀土先期固結(jié)壓力為120 k Pa[10]．不同固結(jié)壓力下孔隙比下降速率不同．壓力從0增至100 k Pa時，孔隙比減小0.147;當壓力大于120 k Pa時，孔隙比降速放緩;壓力從100 k Pa增至200 k Pa時，孔隙比減小0.087;后期孔隙比下降較慢，壓力從400 k Pa增至800 k Pa時，孔隙比減小0.096．重塑土的孔隙比變化與原狀土也有差別，尤其干密度較大時，孔隙比下降量較小，干密度為1.4 g/cm3和1.5 g/cm3的重塑土，壓力從0增至100 k Pa時，孔隙比分別減小0.052和0.029;壓力從400 k Pa增至800 k Pa時，孔隙比分別減小0.081和0.058．可見原狀土和重塑土的孔隙比變化受結(jié)構(gòu)性和干密度的影響．但孔隙比的變化只反映固結(jié)時孔隙與顆粒變化的綜合特征，無法揭示微觀演化機理，需對孔隙的尺度特征及分形特征作進一步研究．圖5 不同干密度下土樣固結(jié)時宏、微觀孔隙比的變化

【參考文獻】：
期刊論文
[1]上海凍融淤泥質(zhì)軟黏土孔隙結(jié)構(gòu)特征分形研究[J]. 唐益群,嚴婧婧.  同濟大學學報(自然科學版). 2019(05)
[2]黏性土壓縮過程臨界孔徑現(xiàn)象及固有分形特征[J]. 陶高梁,朱學良,胡其志,莊心善,何俊,陳銀.  巖土力學. 2019(01)
[3]上海軟黏土的孔徑分布試驗研究[J]. 陳波,孫德安,高游,李健.  巖土力學. 2017(09)
[4]基于SEM圖片的鈣質(zhì)砂連通孔隙分析[J]. 蔣明鏡,吳迪,曹培,丁志軍.  巖土工程學報. 2017(S1)
[5]壓實黃土強度特性與微觀結(jié)構(gòu)變化關(guān)系研究[J]. 吳凱,倪萬魁,劉海松,袁志輝,朱強偉,石博溢.  水文地質(zhì)工程地質(zhì). 2016(05)
[6]人工凍融軟黏土微觀孔隙變化及分形特性分析[J]. 王升福,楊平,劉貫榮,樊文虎.  巖土工程學報. 2016(07)
[7]基于SEM和MIP的凍融循環(huán)對粉質(zhì)黏土強度影響機制研究[J]. 張英,邴慧,楊成松.  巖石力學與工程學報. 2015(S1)
[8]基于SEM圖像的軟土三維孔隙率計算及影響因素分析[J]. 徐日慶,鄧祎文,徐波,來劍平,詹學貴,徐麗陽,陸建陽.  巖石力學與工程學報. 2015(07)
[9]基于SEM和MIP試驗結(jié)構(gòu)性黏土壓縮過程中微觀孔隙的變化規(guī)律[J]. 張先偉,孔令偉,郭愛國,拓勇飛.  巖石力學與工程學報. 2012(02)
[10]固結(jié)條件下軟黏土微觀孔隙結(jié)構(gòu)的演化及其分形描述[J]. 張季如,祝杰,黃麗,夏銀飛.  水利學報. 2008(04)



本文編號：3009602