本文關(guān)鍵詞：增壓過程中土體孔隙變形的CT掃描實驗研究　出處：《中國地質(zhì)大學(xué)(北京)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：地面沉降作為影響我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一項重要環(huán)境問題已得到全社會的廣泛認(rèn)同。在以往的諸多相關(guān)研究中,對于在沉降過程中隨著土體壓縮而造成的土中孔隙變化僅有定性認(rèn)識,較少得到量化;在地面沉降—地下水耦合模型中關(guān)于孔隙度、滲透系數(shù)等參數(shù)通常均默認(rèn)為常數(shù),而這一假設(shè)與實際情況存在較大出入致使模型最終計算結(jié)果精度受到影響。針對這些問題,本文主要進(jìn)行了以下幾個方面的研究,一是通過采集西安D7地裂縫兩側(cè)土體并對試樣進(jìn)行分級加壓操作來再現(xiàn)抽取地下水所導(dǎo)致的有效應(yīng)力增加過程,進(jìn)而通過CT掃描技術(shù)耦合數(shù)字圖像處理技術(shù)將其記錄下來;二是研究了不同壓力狀態(tài)下孔隙相關(guān)參數(shù)的變化并分析了其對孔隙變形的影響;三是引入多重分形理論分析了巖土孔隙特性參數(shù)的空間變異性及壓力增加狀態(tài)下的巖土孔隙演替規(guī)律;四是通過將分形理論與傳統(tǒng)達(dá)西定律相結(jié)合,計算出滲透率及滲透系數(shù)隨壓力增加引起的變化。主要得到以下結(jié)論:(1)、隨著地下水開采而產(chǎn)生的土層應(yīng)力增加過程,對于孔隙數(shù)目而言,除去大孔隙數(shù)外均存在顯著正相關(guān)關(guān)系。而在各孔隙度相關(guān)參數(shù)中,大孔隙度、長孔隙度會隨著壓力增加而明顯降低,YGH-1鉆孔和YGH-2鉆孔的大孔隙平均面積降幅為39.05%和9.22%,不利于水分在孔隙間運(yùn)移;對于中孔隙度、小孔隙度、不規(guī)則孔隙度、規(guī)則孔隙度而言,隨壓力增加基本保持不變甚至略有上升。由此可見對于因孔隙水壓力降低、有效應(yīng)力增加而導(dǎo)致的土體壓縮過程是與大孔隙面積的顯著降低息息相關(guān)的。(2)、孔隙成圓率與孔隙直徑(面積)存在有顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,孔隙直徑(面積)越大孔隙形狀越不規(guī)則。在直徑1000μm孔隙中,絕大多數(shù)為長孔隙,在直徑200-500μm范圍內(nèi),不規(guī)則孔隙占主要,而在直徑200μm孔隙中,則以規(guī)則孔隙為主。而隨著壓力的增大直徑1000μm的孔隙占比明顯下降,而以不規(guī)則和規(guī)則孔隙為主的直徑范圍內(nèi),孔隙面積反而略有提高。(3)通過對土樣孔隙進(jìn)行了多重分形維數(shù)的計算,發(fā)現(xiàn)4~128像素尺度的孔隙結(jié)構(gòu)才滿足多重分形特征�？紫稄V義維數(shù)譜圖像反映孔隙分布的變異程度,隨著壓力增大曲線趨于平緩,表明孔隙分布逐漸呈現(xiàn)均一化趨勢,復(fù)雜度降低。(4)?(q)-f(?)曲線呈左勾狀,說明小孔隙占據(jù)主導(dǎo)地位且分布不均勻,而大孔隙數(shù)量較少但分布相對集中。奇異譜寬度(35)?和非對稱指數(shù)均逐漸減小,減小幅度粉土粉質(zhì)黏土黏土。反映出孔隙空間變異逐漸減弱,孔隙整體結(jié)構(gòu)逐漸趨于簡單,不利于水分的運(yùn)移。(5)根據(jù)土樣的分形特征,耦合Hagen-Poiseulle方程及達(dá)西定律,得到了描述土樣滲透率的數(shù)學(xué)表達(dá)式,并對各參數(shù)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)孔隙面積分維數(shù)Df以及最大孔隙直徑λmax均與滲透率呈正相關(guān)關(guān)系;滲透率隨著迂曲度分維數(shù)DT的增大而減小,DT越大表明孔道的彎曲程度變大從而阻礙了水在孔隙內(nèi)部的運(yùn)移。通過各參數(shù)對滲透率的影響進(jìn)行參數(shù)敏感度分析,發(fā)現(xiàn)迂曲度分維數(shù)DT敏感程度最大,其次為最大孔隙直徑和孔隙面積分維數(shù)。滲透系數(shù)隨壓力的增加呈現(xiàn)出減小趨勢,最大下降幅度為71.08%,同時隨深度增加而減小。通過將所求滲透系數(shù)與孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行多元回歸分析,回歸方程顯示滲透系數(shù)受最大孔隙面積變化影響最大,決定系數(shù)達(dá)0.875,其次是總孔隙度。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P642.26

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本文編號：1351253