固结条件下软黏土孔隙的演化特征分析
发布时间：2021-01-30 21:17
为探求软黏土固结时微观结构演化规律,对上海软黏土的原状土和重塑土进行固结-电镜试验,采用图像处理技术和分形理论研究孔隙比、孔隙尺度及孔隙度分维数的变化特征,为获得三维孔隙比提出一种确定图像二值化阈值的方法.结果表明,利用该法获得的三维孔隙比准确性较高;干密度影响孔隙的大小和形状,固结压力改变颗粒间的接触形式和分布;结构性的影响贯穿固结全过程,压密阶段孔隙度分维数和孔隙比快速下降,结构重组阶段孔隙度分维数开始增长,孔隙比下降速率放缓;新的平衡阶段孔隙度分维数逐渐降低,结构趋于密实,孔隙比轻微下降.
【文章来源】：深圳大学学报(理工版). 2020,37(06)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
400 k Pa下软土的FESEM图片
根据式(2)利用IPP软件对所有土样的SEM图片进行图像处理，设定阈值步距为2，得到固结前不同干密度下三维孔隙比及孔隙像素随阈值的变化曲线(图3和图4)．由图3可见，三维孔隙比随阈值的增加而增大，当阈值小于100时，曲线斜率较小;当阈值大于100时，三维孔隙比随阈值呈线性增长．由图4可见，孔隙像素随阈值的变化分为3个阶段．阈值可表示颗粒表面至成像表面的距离，初期孔隙像素增长缓慢，此阶段阈值定点在成像表面．随着阈值的增加，阈值对应的颗粒表面离成像表面越远，曲线斜率开始增大．后期，孔隙像素增长缓慢，最终趋于平缓．本研究采用以下方法确定阈值:图4曲线后段变化明显减弱，趋近于直线，取变化率等于2×10-3的点对应的阈值为三维孔隙比的阈值．以G1.3曲线为例，对应阈值为188，对应的三维孔隙比为0.975，宏观孔隙比为0.990，误差为0.187%.为研究上述方法的可行性，对原状土和重塑土共30个土样的FESEM图片进行分析，将微观孔隙比与宏观孔隙比绘制在e-p坐标图(图5)．由图5可知，两者较为接近，误差较小．
用卡萨格兰德法求得原状土先期固结压力为120 k Pa[10]．不同固结压力下孔隙比下降速率不同．压力从0增至100 k Pa时，孔隙比减小0.147;当压力大于120 k Pa时，孔隙比降速放缓;压力从100 k Pa增至200 k Pa时，孔隙比减小0.087;后期孔隙比下降较慢，压力从400 k Pa增至800 k Pa时，孔隙比减小0.096．重塑土的孔隙比变化与原状土也有差别，尤其干密度较大时，孔隙比下降量较小，干密度为1.4 g/cm3和1.5 g/cm3的重塑土，压力从0增至100 k Pa时，孔隙比分别减小0.052和0.029;压力从400 k Pa增至800 k Pa时，孔隙比分别减小0.081和0.058．可见原状土和重塑土的孔隙比变化受结构性和干密度的影响．但孔隙比的变化只反映固结时孔隙与颗粒变化的综合特征，无法揭示微观演化机理，需对孔隙的尺度特征及分形特征作进一步研究．图5 不同干密度下土样固结时宏、微观孔隙比的变化
【参考文献】：
期刊论文
[1]上海冻融淤泥质软黏土孔隙结构特征分形研究[J]. 唐益群,严婧婧. 同济大学学报(自然科学版). 2019(05)
[2]黏性土压缩过程临界孔径现象及固有分形特征[J]. 陶高梁,朱学良,胡其志,庄心善,何俊,陈银. 岩土力学. 2019(01)
[3]上海软黏土的孔径分布试验研究[J]. 陈波,孙德安,高游,李健. 岩土力学. 2017(09)
[4]基于SEM图片的钙质砂连通孔隙分析[J]. 蒋明镜,吴迪,曹培,丁志军. 岩土工程学报. 2017(S1)
[5]压实黄土强度特性与微观结构变化关系研究[J]. 吴凯,倪万魁,刘海松,袁志辉,朱强伟,石博溢. 水文地质工程地质. 2016(05)
[6]人工冻融软黏土微观孔隙变化及分形特性分析[J]. 王升福,杨平,刘贯荣,樊文虎. 岩土工程学报. 2016(07)
[7]基于SEM和MIP的冻融循环对粉质黏土强度影响机制研究[J]. 张英,邴慧,杨成松. 岩石力学与工程学报. 2015(S1)
[8]基于SEM图像的软土三维孔隙率计算及影响因素分析[J]. 徐日庆,邓祎文,徐波,来剑平,詹学贵,徐丽阳,陆建阳. 岩石力学与工程学报. 2015(07)
[9]基于SEM和MIP试验结构性黏土压缩过程中微观孔隙的变化规律[J]. 张先伟,孔令伟,郭爱国,拓勇飞. 岩石力学与工程学报. 2012(02)
[10]固结条件下软黏土微观孔隙结构的演化及其分形描述[J]. 张季如,祝杰,黄丽,夏银飞. 水利学报. 2008(04)
本文编号：3009602
【文章来源】：深圳大学学报(理工版). 2020,37(06)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
400 k Pa下软土的FESEM图片
根据式(2)利用IPP软件对所有土样的SEM图片进行图像处理，设定阈值步距为2，得到固结前不同干密度下三维孔隙比及孔隙像素随阈值的变化曲线(图3和图4)．由图3可见，三维孔隙比随阈值的增加而增大，当阈值小于100时，曲线斜率较小;当阈值大于100时，三维孔隙比随阈值呈线性增长．由图4可见，孔隙像素随阈值的变化分为3个阶段．阈值可表示颗粒表面至成像表面的距离，初期孔隙像素增长缓慢，此阶段阈值定点在成像表面．随着阈值的增加，阈值对应的颗粒表面离成像表面越远，曲线斜率开始增大．后期，孔隙像素增长缓慢，最终趋于平缓．本研究采用以下方法确定阈值:图4曲线后段变化明显减弱，趋近于直线，取变化率等于2×10-3的点对应的阈值为三维孔隙比的阈值．以G1.3曲线为例，对应阈值为188，对应的三维孔隙比为0.975，宏观孔隙比为0.990，误差为0.187%.为研究上述方法的可行性，对原状土和重塑土共30个土样的FESEM图片进行分析，将微观孔隙比与宏观孔隙比绘制在e-p坐标图(图5)．由图5可知，两者较为接近，误差较小．
用卡萨格兰德法求得原状土先期固结压力为120 k Pa[10]．不同固结压力下孔隙比下降速率不同．压力从0增至100 k Pa时，孔隙比减小0.147;当压力大于120 k Pa时，孔隙比降速放缓;压力从100 k Pa增至200 k Pa时，孔隙比减小0.087;后期孔隙比下降较慢，压力从400 k Pa增至800 k Pa时，孔隙比减小0.096．重塑土的孔隙比变化与原状土也有差别，尤其干密度较大时，孔隙比下降量较小，干密度为1.4 g/cm3和1.5 g/cm3的重塑土，压力从0增至100 k Pa时，孔隙比分别减小0.052和0.029;压力从400 k Pa增至800 k Pa时，孔隙比分别减小0.081和0.058．可见原状土和重塑土的孔隙比变化受结构性和干密度的影响．但孔隙比的变化只反映固结时孔隙与颗粒变化的综合特征，无法揭示微观演化机理，需对孔隙的尺度特征及分形特征作进一步研究．图5 不同干密度下土样固结时宏、微观孔隙比的变化
【参考文献】：
期刊论文
[1]上海冻融淤泥质软黏土孔隙结构特征分形研究[J]. 唐益群,严婧婧. 同济大学学报(自然科学版). 2019(05)
[2]黏性土压缩过程临界孔径现象及固有分形特征[J]. 陶高梁,朱学良,胡其志,庄心善,何俊,陈银. 岩土力学. 2019(01)
[3]上海软黏土的孔径分布试验研究[J]. 陈波,孙德安,高游,李健. 岩土力学. 2017(09)
[4]基于SEM图片的钙质砂连通孔隙分析[J]. 蒋明镜,吴迪,曹培,丁志军. 岩土工程学报. 2017(S1)
[5]压实黄土强度特性与微观结构变化关系研究[J]. 吴凯,倪万魁,刘海松,袁志辉,朱强伟,石博溢. 水文地质工程地质. 2016(05)
[6]人工冻融软黏土微观孔隙变化及分形特性分析[J]. 王升福,杨平,刘贯荣,樊文虎. 岩土工程学报. 2016(07)
[7]基于SEM和MIP的冻融循环对粉质黏土强度影响机制研究[J]. 张英,邴慧,杨成松. 岩石力学与工程学报. 2015(S1)
[8]基于SEM图像的软土三维孔隙率计算及影响因素分析[J]. 徐日庆,邓祎文,徐波,来剑平,詹学贵,徐丽阳,陆建阳. 岩石力学与工程学报. 2015(07)
[9]基于SEM和MIP试验结构性黏土压缩过程中微观孔隙的变化规律[J]. 张先伟,孔令伟,郭爱国,拓勇飞. 岩石力学与工程学报. 2012(02)
[10]固结条件下软黏土微观孔隙结构的演化及其分形描述[J]. 张季如,祝杰,黄丽,夏银飞. 水利学报. 2008(04)
本文编号：3009602
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