杭州软黏土微观结构特征与宏观力学性质关系研究

摘要

在我国东南沿海区域广泛分布着大范围的软黏土，多呈现出具有天然含水量高、孔隙率大、压缩性高、强度低、渗透性差、灵敏度高、结构性强等工程特性。长期以来，人们对软土的工程特性的研究主要是基于宏观或者唯象层面开展的，然而土的微观结构特性在土体的力学性质中扮演着十分重要的作用，有着非常重要的工程实践意义。大量研究表明，土体在宏观上表现的一系列物理力学特性在一定程度上受微观结构的状态和变化影响。因此，在宏观研究的基础之上，从微观的角度深入研究软土微结构特征及演化规律和宏观物理力学性质间的内在联系，从微观物理机制方面解释土体宏观力学性质的必然规律，建立更符合软土工程特性的宏微观定量关系以应用于工程实际，是很有必要的。
　　本文以杭州及周边地区的软黏土作为研究对象，在软黏土电镜扫描(SEM)试验的基础上，再根据统计学观点对其微观结构的定量分析，将软黏土的微观参数与宏观性质结合，建立微观参数与黏土的宏观物理量之间的联系，并将微观结构引入到土的宏观力学计算中，以此来实现微观结构研究的应用。具体的工作内容包括以下几个方面:
　　(1)对杭州及周边地区的软黏土的微观结构图片进行定量分析，从微观角度研究软黏土的孔隙率，与从土工试验得到的物理参数进行比较。结合前人的研究成果和数据分析，探索土体宏观孔隙率与微观平均接触面积率之间的关系。
　　(2)把软黏土的宏微观关系应用于渗流特性研究中，对目前普遍使用的粗粒土渗透系数经验公式进行修正，得出适用于黏性土的渗透系数经验公式。最后选取典型地区黏性土的相关物理参数，分别代入粗粒土和黏性土的渗透系数经验公式中，得到渗透系数的计算值，将其与室内试验的实测值进行对比。
　　(3)从土体的细微结构出发，对土体这一特殊材料的抗剪强度行为进行微观上的分析，考虑土体孔隙率对其抗剪强度的影响，推导基于微观结构的土体抗剪强度理论。
　　(4)在地基承载力的计算中考虑微观结构的概念，推导考虑颗粒接触面积的地基临塑荷载pcr、p1/4和p1/3的计算方法，进而导出修正后的承载力系数。通过具体算例进行了分析，并与现行的常规方法进行了对比分析。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的意义

1．2 国内外的研究现状

1．2．1 土体的微观试验的发展历史

1．2．2 微观结构的定量研究

1．2．3 土的微观本构关系研究

1．2．4 宏观性质与微观关系的研究

1．3 目前存在的问题

1．4 本文的主要工作

2．1 引言

2．2 试验介绍

2．2．1 试验材料及特性

2．2．2 试验仪器设备及试验样品制备

2．3 软土微观孔隙率

2．4 软土的平均接触面积率

2．4．1 平均接触面积率的定义及统计分析

2．4．2 平均接触面积率与孔隙率的关系

2．5 平均接触面积率与宏观孔隙率的关系

2．5．1 试验介绍

2．5．2 结果统计及分析

2．6 本章小结

第三章 基于平均接触面积率的渗透特性研究

3．1 引言

3．2 土体渗透特性的影响因素

3．2．1 颗粒骨架对渗透系数的影响

3．2．2 渗透流体的影响

3．3 粗颗粒土的渗透系数经验

3．4 考虑接触面积的渗透系数经验公式

3．4．1 方程的引入

3．4．2 算例分析

3．5 本章小结

第四章 基于平均接触面积率的土抗剪强度理论

4．1 引言

4．2 考虑接触面积的土抗剪强度理论和极限平衡条件

4．2．1 摩尔-库伦强度理论

4．2．2 土的抗剪强度与抗剪强度指标

4．2．3 土的极限平衡条件

4．3 考虑接触面积的无黏性土抗剪强度理论

4．4 考虑接触面积的饱和黏土抗剪强度理论

4．4．1 孔隙压力系数

4．4．2 正常固结和超固结土的抗剪强度

4．5 抗剪强度的影响因素

4．5．1 土的结构性影响

4．5．2 应力历史的影响

4．5．3 土体各向异性的影响

4．5．4 加荷速率的影响

4．5．5 蠕变对土体抗剪强度的影响

4．5．6 土体固结对黏性土抗剪强度的影响

4．6 本章小结

第五章 基于平均接触面积率的地基承载力理论

5．1 引言

5．2 地基破坏模式

5．2．1 地基破坏的三种模式

5．2．2 地基破坏型式的影响因素及判别

5．3 考虑平均接触面积率的地基临界荷载

5．3．1 考虑接触面积的临塑荷载pα

5．3．2 考虑接触面积的临塑荷载p1／3、p1／4

5．3．3 算例分析及结果讨论

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 本文总结

6．2 进一步研究工作的建议及展望

参考文献

作者介绍

攻读硕士学位期间的科研成果等