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饱和土的固结过程
饱和细粒土颗粒细小, 比表面积大,
易与土体中的孔隙水、有机质相互结合形成团聚体,
这种结合形式对土体的物理力学性质有着重要影响。
本文从三维微观结构角度探讨饱和细粒土的多物质结构特征对其固结演化性质的作用。
土样分成4种组分:孔隙, 有机质,
多矿物组分和伊利石为主的矿物组分。
通过同步辐射显微CT
技术联合数据约束模型,
获取多物质三维结构表征。
伊利石为主的矿物组分,
与孔隙呈共存结构,
即使在1600kPa高压作用下仍不易排出孔隙水。
有机质与伊利石为主的矿物组分易结合形成有机黏土颗粒,
有机质不仅吸附在组分表面, 而且嵌入组分结构内部;
在土体固结过程中, 有机质存在富集特征,
40~400μm直径的有机质总体积逐渐增大,
削弱土颗粒间的连结强度。
本研究采用定性与定量分析相结合, 获取了固结过程中矿物组分与有机质的结构表征,
为特殊土体的微宏观性质分析提供一种可行性研究方法。
RESOURCES/WESTERN RESOURCES2020年第二期水文地质、环境地质、工程地质1.引言饱和软粘土在中国大量分布，在靠近海岸、河流和湖泊中下游的区域都可以经常看到，砂质土和粉质土是饱和软粘土的重要组成部分。
它们主要是细粘土胶体材料，一般存在于不流动的水中或流动非常缓慢的湖泊环境中，并且在其土的内部有大量微生物存在。
饱和粘性土的力学特点是强度比较低，压缩性比较高，流动性比较差。
在这种土上建造的结构经常存在如下沉严重以及结构的承受能力不能满足外部荷载要求的问题，这样的地基一般被叫作软土地基。
正是因为饱和软粘土的固结特点造成了其本身的低强度和高压缩性的性质。
通常讲的固结是指在外界的压力下土壤孔隙中的水渐渐排出时饱和软粘土连续压缩的过程。
Terzaghi 首次提出了研究饱和土固结过程的理论。
该理论基于一些假设，如忽略土壤骨架的变形和数值不会改变的数值系数，这就是固结理论的来源。
后来，Biot 等人对三向固结理论进行了有效延伸，发现这是更加合理的。
但是，考虑到确定指标对方程求解有一定的困难，使用最多的依然是单向固结理论。
2.T Terzaghi 固结理论Terzaghi的一维固结理论的重要基础就是应变比较小的线性理论，并对土体做了一定的假定，饱和粘性土的压缩系数和透水系数是一直不变的，不用参考重力造成的外部应力影响。
在此假设的基础上，将一维固结的一般方程简化如下：∂u ∂t =C v ∂2u ∂2z（1）按照土壤周围的边界，加载在土体上的瞬间荷载的边界条件应该满足（1）公式的解，这个解的含义是用来表示固结的快慢与土壤深度之间的函数关系。
在他的一维固结理论中，固结系数是一个不变的量，而在真实的土环境中，参数的值在固结过程中是一直变化的，但参数的比值和常量却非常接近。
然而，对于具有高压缩性的软粘土，这种假设不一定正确，特别是当参数值随着孔隙率的降低而大幅度减小时。
考虑到这种参考理论时，流动的水满足达西理论是这种理论中最为基础的假定，速度v 与水力梯度之间的函数关系式是呈正相关的，也就是说v=ki0。
第7卷 第3期1996年9月中国地质灾害与防治学报TH E CH I N ESE JOU RNAL O F GEOLO G I CAL HA Z A RD AND CON TROLV o l17 N o13Sep.1996论深圳淤泥类软土微观结构对工程性质的影响冯晓腊〔中国地质大学(武汉)〕提要 本文通过采用先进的扫描电镜方法,对深圳地区淤泥类土的微观结构进行了全面、详细的研究,以此为基础,结合大量的实测指标和试验结果,阐述了淤泥类软土的微观结构对其工程性质的重要影响,合理地解释了室内试验过程中观测到的一些异常现象。
关键词 淤泥类土 微观结构 扫描电镜 聚集体前 言所谓微观结构是指土体内土颗粒的大小、形状、表面特征,颗粒之间的连结方式及排列方式。
在外界环境条件影响下,淤泥所表现出的各种特性,都是其内在微观结构发生变化的外在反映,故微观结构对土的性质的变化起着重要的决定作用,采用现代先进的扫描电镜技术研究成果表明,深圳地区淤泥的微观结构是复杂多变的,下面分别从几个方面对其进行论述。
一、土中颗粒种类及其特征在深圳淤泥中,存在着大量的粘土矿物颗粒、粉粒、砂粒,矿物晶体及它们的集合体,同时还有较多的生物残骸。
由于这些粒状物在淤泥中的大小、形状和含量各不相同,使得它们对土的性质的影响程度也不相同。
11粘土矿物及其聚集体从前面的介绍可知,粘土矿物成分主要是高岭石,其次是伊利石,蒙脱石,绿泥石,通过对大量扫描电镜照片总结得知,高岭石单晶形态为六边形薄片状,集合体常见的有书卷状、蠕虫状,杂乱堆积等;单晶的蒙脱石形态为薄片状,集合体呈絮状,花朵状,羽毛状;伊利石单晶为弯曲薄片状,集合体呈片状排列或小片杂乱堆积;绿泥石单晶为叶片状,集合体呈花朵状,常与微球状黄铁矿共生,粘土矿物单独出现的不多。
一般都是由几个粘粒组成微聚集体,构成淤泥微观结构的基本单元。
如照片(P t1)所示,并以面2面,面2边等形式接触,微聚集体还可以进一步凝聚成更大的颗粒,构成二级结构单元。
粘性土压缩特性微细结构变化的试验研究
周宇泉;洪宝宁
【期刊名称】《地基处理》
【年(卷),期】2004(015)004
【摘要】本文利用自行研制的土体微细结构光学测试系统对粘性土在压缩过程中微细结构变化进行了定量分析研究。
提取并分析相关微细结构特征参数。
从而为研究粘性土压缩变形与微细结构变化间的定量关系提供了一条可行的途径。
【总页数】6页(P45-50)
【作者】周宇泉;洪宝宁
【作者单位】河海大学岩土工程研究所，南京210098
【正文语种】中文
【中图分类】P642
【相关文献】
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2.水位变化条件下粘性土渗流特征试验研究 [J], 曹文炳;万力;龚斌;曾亦键;王大纯
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5.粘性土压缩过程中的微细结构变化试验研究 [J], 周宇泉;洪宝宁
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粘性土固结的微观机理浅析李冬明新疆新工勘岩土工程勘察设计院摘要：本文通过收集、整理已有的研究成果，论述了粘性土的微观结构特性，并分析了粘性土的微观结构特性与其力学性质的关系，接着阐述了粘性土在固结过程中微观结构的响应过程，最后给出了笔者的一些认识。
关键词：粘性土；固结；微观结构；微结构要素1 前言土在宏观上表现为复杂的不确定性和模糊性，其物理力学性质具有很强的非均匀性和各向异性特征。
传统均匀化处理方法，基于宏观试验的分析所建立的本构关系，较难逾越土体微细结构的多样性和不规则性，分析评价结果往往与实际情况有较大偏差，甚至给工程建筑造成麻烦和损失。
大量的研究成果表明，土在工程环境下所表现出众多且复杂的工程特性和现象，都与其内部微细结构的形态和变化有关。
因此，研究土体新的微细结构变化的试验方法，从土体微细结构变化的定量试验研究着手，揭示土体工程特性与其微细结构变化之间的内在规律性，建立具有微细结构变化特征背景的本构关系，不仅对深入研究各类岩土工程问题具有十分重要意义，而且对分析和评价土的工程性质及其对工程建筑的适应性也有着明显的现实意义。
粘性土的微观结构是确定土的工程性质的一个十分重要的因素，土中颗粒的组成、土颗粒的排列与组合、颗粒间的作用力及其含水情况导致了土形成不同的结构，粘性土的结构特性对土的强度、渗透性和应力-应变关系特性有着极大的影响。
现有的各种土体的本构模型譬如弹性模型，刚塑性模型，弹塑性模型等大都根据土试样在实验室条件下的宏观响应计算、分析得出的,鲜有本构模型考虑了土体的微观结构。
然而，土的工程性状在很大程度上受其微观结构的控制，因此在土体受荷过程中迫切需要对土体微观结构特征及其演化规律加以描述。
正是基于这样的认识，本文通过收集、整理的研究资料，对粘性土在固结过程中的微观结构(microstructure)的变化、演化规律进行了阐述。
2 粘性土的微观结构特性土的结构是指土中颗粒或土颗粒集合体的排列组合与联结以及它们之间的孔隙的大小、形状等综合特征。
