宣城网纹红土结构性的微观定量研究

摘要

原状网纹红土同重塑网纹红土的宏观力学特性存在差异，而土体宏观力学特性由其微观结构决定。为从微观角度深入揭示原状和重塑网纹红土力学特性差异，本文基于室内击实试验和SEM-EDS试验及数字图像处理技术，以对他们的微结构进行定量对比分析，分析了不同放大倍数和不同阈值选取对有效阈值区间内三维孔隙率计算结果的影响，并探讨了平均接触面积率与宏观孔隙率之间的关系。通过研究得出如下主要结论:
　　(1)基于重塑网纹红土SEM试验结果和数字图像处理技术，构建了以像素面积为底面、阈值范围为高度的有效阈值区间内三维孔隙率计算模型，并实际应用于不同试验条件下的SEM图像孔隙数量、面积及孔隙率演变分析，与平面孔隙率方法结果对比表明三维孔隙率计算结果更符合土体孔隙实际分布情况。
　　(2)重塑网纹红土微观孔隙率定量结果表明，由SEM图像计算获得的三维孔隙率大都大于宏观孔隙率，2000倍下SEM计算结果更接近宏观孔隙率，同时发现阈值选取是定量分析的关键点，基于平均阈值获得的三维孔隙率结果偏差比选取最终阈值获得的结果要小得多。平均接触面积率分析表明，试样计算所得平均接触面积率大概在3％以下，并结合网纹红土粘土矿物结合水膜厚度300(A)特点，拟合得到平均接触面积率与宏观孔隙率之间的幂函数关系。
　　(3)原状网纹红土微结构研究结果表明，红色基质中土颗粒排列紧密，孔隙率较小且孔隙之间的连通性较差，土颗粒表面比较粗糙;白色网纹中孔隙率大且孔隙数量多，颗粒多表现为光滑的片状结构，主要以面面接触为主。定量分析结果表明红色基质的计算三维孔隙率均值为0.371，白色网纹的计算三维孔隙率均值为0.450。
　　(4) EDS试验分析结果表明红色基质和白色网纹中的主要化学元素为氧、硅、铝和碳，及少量的钾和镁。其中铁元素流失是造成白色网纹和红色基质色彩差别的主要原因，且铁元素有富集现象。碳元素为网纹红土中因有机酸形成酸性还原环境导致铁元素的迁移的观点提供了一定依据。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的背景、目的及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 微观测试技术应用现状

1．2．2 微观定量研究现状

1．2．3 微观本构模型研究现状

1．2．4 宏微观关系研究现状

1．3 目前存在的问题

1．4 本文主要研究内容

第二章 重塑网纹红土孔隙率微观定量研究

2．1 引言

2．2 重塑网纹红土宏观孔隙率测定

2．2．1 比重瓶试验

2．2．2 击实试验

2．3 微观试验介绍

2．3．1 试验设备简介

2．3．2 IPP操作简介

2．3．3 微观试样的制备

2．4 重塑网纹红土微观孔隙率分析

2．4．1 网纹红土三维孔隙率模型建立

2．4．2 孔隙数量、面积及变化趋势

2．4．3 微观孔隙率的定量分析

2．4．4 不同放大倍数对三维孔隙率的影响

2．4．5 阈值选取对三维孔隙率的影响

2．5 本章小结

第三章 原状网纹红土微结构分析

3．1 引言

3．2 网纹红土微观研究

3．2．1 微观定性分析

3．2．2 微观定量分析

3．3 网纹红土能谱分析

3．4 本章小结

第四章 重塑网纹红土平均接触面积率定量研究

4．1 引言

4．2 重塑网纹红土接触面积微观评价

4．3 平均接触面积率研究

4．3．1 平均接触面积率定义

4．3．2 平均接触面积率分析

4．3．3 阈值选取对平均接触面积率的影响

4．4 平均接触面积率与宏观孔隙率关系研究

4．4．1 平均接触面积率与孔隙率分析

4．4．2 建立平均接触面积率与宏观孔隙率之间关系

4．5 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