宣城非饱和网纹红土的结构性研究

摘要

网纹红土由红色基质和白色网纹组成，广泛分布于我国南方，其原状土与重塑土力学特性具有明显差异，但以往对此形成机理研究鲜有，故研究原状和重塑网纹红土的结构性特性，对深入揭示网纹红土强度特性，保障网纹红土场地建设工程的设计和施工安全，具有重要的科学理论意义和工程应用参考价值。　　论文基于物质与结构、宏观与微观相结合的定量研究思路，应用GDS标准三轴试验系统对原状和重塑网纹红土，开展了不同吸力的非饱和剪切试验，探讨了原状和重塑结构性对非饱和网纹红土的强度和变形影响规律;同时，基于扫描电子显微镜试验和数字图像处理技术探讨了原状土和重塑土剪切破坏前、后的微结构定量特征;通过X射线衍射试验，分析和对比研究了网纹红土的红色基质和白色网纹中粘土矿物的种类和含量，初步分析了网纹红土力学特性物质基础;能谱分析能够获得试验土样中化学元素的种类和含量。试验研究得出了如下主要结论：　　(1)三轴非饱和强度试验得出原状土和重塑土在不同的基质吸力条件下，随着基质吸力的增大，峰值偏应力都会出现不同程度的增大;在相同的基质吸力条件下时，原状土的峰值偏应力要比重塑土的小。原状土在轴向应变较小时便会达到峰值偏应力，而重塑土在一定的基质吸力范围内会发生强化，随着轴向应变的增加，偏应力不断增大，最后达到峰值偏应力，还有在轴向应变为5％和10％时的残余偏应力也比原状土大。此外，原状土在剪切阶段具有明显的剪胀性，而重塑土在剪切阶段没有出现明显的胀缩特性。　　(2)XRD衍射试验表明红色基质和白色网纹中均含有绿泥石、伊利石、高岭石和蒙脱石四种粘土矿物，主要粘土矿物都为伊利石，含量均超过60％，主要差别在高岭石和蒙脱石的含量上;EDS能谱分析表明网纹红土中化学元素含量由高到低为硅、氧、铁、铝，还含有少量的钾、镁和钙，两者试验结果在一定程度上可以起到相互检验的作用。　　(3) SEM试验结果分析表明重塑土的粘土颗粒含量较高，粒径较小，主要以面一面的方式结合成聚粒状的土体结构，原状土的粘土颗粒大小不等且分布不均匀，颗粒间主要以边一面或面一面形式接触形成骨架。重塑土的孔隙周长和孔隙面积分布较剪切试验前、后的原状土更加不均匀，孔隙周长小于5μm的比例占到了88％，孔隙面积小于0.5μm2的比例占到了90％，而原状土的两个数值分别为75％和70％。　　(4)根据XRD试验结果，从物质与结构相结合的角度解释红色基质和白色网纹的结构性差异。红色基质与白色网纹相比，高岭石含量多，蒙脱石含量少，所以红色基质的块状致密且具有粗糙感，而白色网纹表面光滑，颗粒较细。　　(5)基于SEM试验结果，从宏观与微观相结合的角度分析结构性对原状土和重塑土的强度特性影响。原状土的孔隙大小、分布较不均匀，表现出明显的各向异性，所以在剪切过程中，当偏应力和轴向应变达到剪切薄弱面所能承受的最大值时便会在发生剪切破坏，而重塑土与原状土不同，其各向性质相近，抗剪强度和变形能力得到了增强。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 网纹红土概述

1．2 研究目的和意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 网纹红土研究现状

1．3．2 微结构研究现状

1．4 本文的主要研究内容及思路

第二章 网纹红土矿物分析

2．1 试验用土

2．2 成分定量测定方法

2．2．1 粘土矿物测定

2．2．2 化学元素测定

2．3 X射线衍射粘土矿物分析

2．3．1 试验简介

2．3．2 试验方法及过程

2．3．3 试验结果对比分析

2．4 网纹红土能谱分析

2．5 本章小结

第三章 原状和重塑网纹红土非饱和强度特性研究

3．1 非饱和土强度理论概述

3．2 试验设备

3．3 试验原理

3．4 试验过程

3．5 试验结果及对比分析

3．6 本章小结

第四章 非饱和网纹红土微结构分析

4．1 微结构概述

4．2 电镜扫描试验介绍

4．3 实验结果分析

4．4 本章小结

第五章 结论及展望

5．1 结论

5．2 后续研究方向及展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况