天津滨海软土次固结蠕变特性及微观特征试验研究

发布时间：2017-04-28 13:11

  本文关键词：天津滨海软土次固结蠕变特性及微观特征试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国经济的快速发展,近年来全国范围内都在大兴土木,高速公路、铁路以及高层建筑物等工程建设越来越多,对土地的需求也越来越大,尤其在沿海城市,而在沿海地区广泛分布着深厚的软土地层,很多工程需要建设在这软土地层之上。天津滨海软土具有高孔隙比、高压缩性、高含水率、低渗透性以及低强度等“三高两低”特点,所以该地区软土地基具有工后沉降变形量大、强度低等不良工程地质性质。当在软土地基上修建工程时,软土的不良工程性质对这些工程建设将有着极其不利的影响。针对天津滨海新区软土具有变形量大等不良工程性质问题,本文选用天津滨海淤泥质粘土为研究对象,从宏观和微观两个角度上对软土的固结蠕变变形性质进行相关研究与分析。本文主要开展的研究工作以及成果主要有以下几点:(1)通过对所取土样的基本物理化学性质进行了相关室内试验分析,该软土的有机质含量较高,土的活动性强、亲水性强,具有较高含水率;且土样溶液的PH值与矿物的等电PH值相差较大,形成的热力学电位较高,且该土样中Na+的含量较高,导致土的扩散层也就较厚,土颗粒表面的结合水膜就较厚,这是土样具有较高含水率的原因之一。(2)通过使用单杠杆高压固结仪对土样进行相关一维固结蠕变试验,得出该土样属于欠固结土,但是该软土具有一定的结构性,其结构屈服强度为141kPa。(3)通过预压固结试验得出,对土体进行预压可以有效的减小土的主固结变形和次固结变形,当固结压力小于预压荷载时,这种效果表现得更为明显;当固结压力大于预压荷载时,次固结系数随固结压力的增大先增大后减小,但出现峰值的固结压力会往后推移。(4)通过压汞试验对土样在固结前后微观孔隙尺度分布特征的变化情况进行研究,得出土体内的孔隙率随固结压力增大而减小,但逐渐趋于平缓;天然状态时,土体中的孔隙主要以中孔隙为主,当固结压力逐渐增大时,土体中的中孔隙逐渐被压密成小、微孔隙,土中的孔隙逐渐变成以小、微孔隙为主。(5)运用扫描电子显微镜对土在固结前后的微观结构特征进行定性研究,得出当土在天然状态时,土体内颗粒间的接触方式主要以边-边接触和边-面接触为主,其结构主要为蜂窝状结构和絮凝状结构,当固结压力逐渐增大时,土体中的大孔隙被压密,颗粒之间接触更紧密,土体内颗粒间的接触试主要以面-面接触为主,其微观结构变成以紧密絮凝状结构为主。(6)针对SEM图像进行定量分析,从孔隙和结构单元体的丰度、孔隙等效直径以及引用分形维数对固结变形进行定量研究,得出孔隙和结构单元体的形状均主要以似椭圆状存在,随着固结压力的增大,土中孔隙形状变化不大,结构单元体的形状向扁平化发展,但仍以似椭圆状和扁椭圆状为主;可以利用分维值对土的分选程度进行区分,本次所研究的土的分维值在1~1.5的范围内,分选性极好;随着固结压力的增大,土中孔隙及结构单元体的分形维数均逐渐增大,且结构单元体的分形维数要大于孔隙的分形维数。(7)对软土固结蠕变变形机理进行相关研究,分析了软土的结构性形成机理以及固结压力对固结蠕变的影响。影响软土结构性的内部因素主要包括软土内的离子成分、矿物组成成分以及粒度成分等,外部影响因素主要包括温度、湿度、风化作用、时间以及荷载等。土的固结蠕变过程是一个不断达到新的动态平衡的过程,从宏观角度来说,土体的固结蠕变变形就是土体在外力作用后,土体内部结构会发生相应调整,土中孔隙被压缩(在宏观上表现的就是固结蠕变变形量的增大),以使土的内部结构的支撑力增大来实现土的受力平衡而在外力作用下达到一个平衡状态的结果。从微观的角度来说,土体的固结蠕变其实就是土体中孔隙不断被压密甚至消失,土体中颗粒排列方式以及土体结构逐渐由松散状态向紧密状态转变的一个过程。
【关键词】：滨海软土 次固结蠕变 微观结构 结构性 结构屈服强度 变形机理
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU447;TU41
【目录】：

• 中文摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-24
• 1.1 本文的研究背景及研究意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-21
• 1.2.1 土体次固结的研究现状14-17
• 1.2.2 土体微观结构特征的研究现状17-21
• 1.3 主要研究内容及技术路线21-24
• 1.3.1 主要研究内容21-22
• 1.3.2 技术路线22-24
• 第二章 天津滨海软土的基本物理化学特性24-32
• 2.1 天津滨海新区概况24-26
• 2.1.1 地理位置24-25
• 2.1.2 工程地质条件25-26
• 2.2 物质组成26-28
• 2.2.1 粒度成分26-27
• 2.2.2 矿物成分27-28
• 2.3 土的基本物理化学特性28-30
• 2.3.1 基本物理特性28-29
• 2.3.2 基本化学特性29-30
• 2.4 本章小结30-32
• 第三章 软土室内固结蠕变试验32-45
• 3.1 引言32-33
• 3.2 试验设计33-35
• 3.3 软土固结蠕变试验结果35-44
• 3.3.1 软土结构屈服应力的确定35-36
• 3.3.2 软土主固结、次固结为主变形阶段的划分36-38
• 3.3.3 堆载预压固结试验结果及分析38-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第四章 天然软土固结过程的微观结构特征试验研究45-69
• 4.1 引言45-46
• 4.2 基于压汞试验的孔隙特征分析46-53
• 4.2.1 试验简介47-48
• 4.2.2 不同固结压力条件下孔隙演化分析48-53
• 4.3 基于电镜试验的微观结构特征分析53-67
• 4.3.1 样品制备54-55
• 4.3.2 图像采集及图像处理55-56
• 4.3.3 微观结构特征定性分析56-58
• 4.3.4 微观结构特征定量分析58-67
• 4.4 本章小结67-69
• 第五章 软土固结蠕变变形机理69-80
• 5.1 引言69
• 5.2 结构性软土固结蠕变变形特性69-71
• 5.3 固结压力对固结蠕变的影响71-74
• 5.4 软土结构性形成机理74-76
• 5.4.1 内因75
• 5.4.2 外因75-76
• 5.5 软土固结蠕变变形机理分析76-79
• 5.6 本章小结79-80
• 第六章 结论与建议80-83
• 6.1 主要研究成果80-82
• 6.2 建议82-83
• 参考文献83-91
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果91-92
• 致谢92

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