三轴荷载作用下软黏土变形特性及微观结构分析

摘要

随着经济的飞速发展和高层、超高层建筑的普及，基坑开挖深度的不断加深，对基坑的设计与施工不断提出新的挑战。软土地基变形分析是软基处理设计、工程质量评价与投资控制的关键，对保障工后场地正常使用具有重要意义。
　　本文通过利用SPAX-2000型静动真三轴测试系统这一先进设备进行力学试验，结合核磁共振试验以及电镜扫描试验进行微观分析；以有限特征比理论（FCRT）中的介质特征尺度V/S（孔隙体积与其表面积之比）作为基本量（V/S可通过NMR方法精确测定），研究不同加载速率、不同剪切程度、不同围压作用下软黏土的力学特征变化规律与微观结构的变化，进而描述相关变形效应，主要研究内容以及取得的成果如下：
　　1、真三轴试验：
　　（1）不同剪切程度下变化规律研究。剪切程度不同，软黏土受到的破坏程度相应不同。随着剪切程度的增大孔压随之增长，当轴向应变变化达到10％左右的时候，孔压的变化趋于稳定。本试验取轴向应变ε1=15%作为破坏标准是合理的。
　　（2）不同加载速率的影响规律研究。土体在不同加载速率的剪切过程中形成的应力加载关系都具有明显的硬化特征，土体的剪切强度随着加载速率的增大而增大，在围压较大时，这种增加的幅度越明显。
　　2、基于FCRT理论对软黏土孔径分布规律研究：
　　（1）软黏土孔径较为集中的分布在0.1～500nm之间，在2.0～5.0之间所占比例最大，占总空隙比例50%左右。在其他条件相同，不同剪切速率下,经过三轴剪切试验后试样进行核磁共振试验发现在孔径大小增大到2.0～5.0之前，受剪切程度大的孔径比例要大于受剪切程度小的试样孔径所占比例，超过这一值后，受剪切程度大的孔径所占比例要小于受剪切程度小的所占比率。
　　（2）剪切程度不同时，上部的大孔径分布要相对多于下部的大孔径。软黏土的孔径大小变化及分布可通过改变黏土受到的剪切速度大小及剪切程度来实现。
　　3、软黏土在三轴剪切后微观变形特性的研究：
　　（1）通过核磁共振试验较精确地测得了软黏土的有限特征（V/S)，并在此基础上，分析了软黏土在三轴剪切过程中的微观结构变化特征。核磁共振的横向弛豫时间T2与孔隙孔径成正比；核磁共振信号幅度与相径的孔隙含量成正比。在横向弛豫时间T2值为0.01ms～1ms时，核磁共振信号幅度值最大，所反映孔径的孔隙分布数量最多。由T2谱图可知，顶颠峰值要大于下部的峰值，也就意味着顶端的大孔径分布要多余下部。由此可知软黏土孔径大小变化及分布可通过改变软黏土受到的剪切速度大小及剪切程度来实现。
　　（2）通过对比软黏土实验前后SEM图片发现，经过真三轴压缩剪切后的土体颗粒已经发生了明显的变化，剪切后土体的细颗粒增加要明显小于剪切前，说明压缩剪切可以是土体变得更密实，并通过图像处理，得到了土体微观结构参数。

目录

第一章 绪论

1.1 引言

1.2国内外研究现状

1.3 本文研究内容和创新点

第二章 三轴试验方案设计及分析

2.1引言

2.2 软黏土的物理力学指标

2.3三轴试验方案

2.4试验仪器

2.5 试验步骤

2.6试验结果分析

2.7 本章小结

第三章 基于FCRT的理论软黏土的变形的微观机理分析

3.1 引言

3.2 有限特征比基本理论

3.3软黏土的内部特征尺度分析

3.5 本章小结

第四章 软黏土的内部特征尺度分析

4.1 引言

4.2核磁共振的基本原理

4.3 样品制备以及试验参数

4.4 试验过程

4.5核磁共振T2谱图及水分分布结果对比

4.6 本章小结

第五章 饱和软黏土电子显微镜扫描及分析

5.1引言

5.2 软黏土电子显微镜实验的定量分析

5.3 电镜扫描测试技术

5.4图像采集及处理

5.4 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

攻读学位期间参与的科研项目

声明

致谢