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        天津軟土微觀結(jié)構(gòu)下的分形研究

        2018-11-26 06:36:14董佳祺李傲笛楊權(quán)權(quán)張佳園赫占麒
        四川水泥 2018年11期

        董佳祺 李傲笛 楊權(quán)權(quán) 張佳園 李 會(huì) 赫占麒

        (吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院, 吉林 長(zhǎng)春 130114)

        0 引言

        經(jīng)濟(jì)技術(shù)快速發(fā)展,土地資源日益緊張,臨海地區(qū)圍海造陸工程刻不容緩。海底泥漿及大量淤泥在高壓作用下吹填至圍堰上,經(jīng)過(guò)后期的沉積作用形成吹填土。吹填土具有典型軟土的工程地質(zhì)特性,高孔隙比、高含水量、高壓縮性、低強(qiáng)度等不良的地質(zhì)特征。從微觀角度分析不同性質(zhì)軟土在壓縮固結(jié)后的特征,基于分形理論,利用WD-5圖像處理技術(shù)對(duì)試樣定量分析,主要表明200kpa固結(jié)力作用前后土體的分形維數(shù)及相同壓力影響下不同土體的分形維數(shù),分析分形維數(shù)與軟土性質(zhì)直接的關(guān)系。

        1 土體的基本性質(zhì)

        對(duì)于土體顆粒分析現(xiàn)行規(guī)范使用試驗(yàn)方法為篩分法結(jié)合靜水沉降法,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得出表1,由試驗(yàn)結(jié)構(gòu)可知加入分散劑后粉粒組含量減少,粘粒組含量增加,這是由于粘粒與粘粒及粉粒直接形成的具有一定抗水性能的“團(tuán)粒”,在加入分散劑后,團(tuán)粒分散,粘粒含量增大。根據(jù)國(guó)土資源部分類標(biāo)準(zhǔn)對(duì)土定名分別為淤泥質(zhì)粘土,粉質(zhì)粘土和粉砂。

        圖1 天津軟土的顆粒分布曲線

        2 微觀結(jié)構(gòu)的孔隙分形特征

        進(jìn)行室內(nèi)壓縮試驗(yàn),采用200kPa的固結(jié)壓力分別對(duì)土樣進(jìn)行壓縮,得到壓縮后試樣,對(duì)未壓縮和壓縮后的三組試樣進(jìn)行了掃描電鏡試驗(yàn),根據(jù)分形特征的原理,采用形態(tài)分維和計(jì)盒分維兩種方法對(duì)試驗(yàn)土體的孔隙分維進(jìn)行計(jì)算分析,分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

        由表1可見(jiàn)孔隙的形態(tài)分維集中在1.18~1.20之間,變化較小。同為天津軟土,由于其礦物含量及粒度含量不同,分形維數(shù)略有差別。相對(duì)來(lái)說(shuō)粘粒含量較多、含水量較高、孔隙比較大的淤泥質(zhì)粘土分形維數(shù)較大,隨著孔隙比增大、粘粒含量增多,分形維數(shù)增大。壓縮前后對(duì)比,壓縮后試樣分維數(shù)略有增大,隨著壓縮固結(jié),孔隙水壓力逐漸消散,有效應(yīng)力逐漸增大,鹽分隨水分流出,結(jié)構(gòu)單元體相對(duì)變得密實(shí),土中小孔隙含量增多,整體的復(fù)雜性增強(qiáng)。

        表1 孔隙的分形維數(shù)

        3 結(jié)論天津地區(qū)軟土的微觀孔隙在形態(tài)和平面分布兩方面存在著自相似的分形特征。

        孔隙的形態(tài)分維數(shù)分布在1.18~1.20之間,計(jì)盒分維數(shù)分布在1.53~1.58,表現(xiàn)出隨著孔隙比的增大、粘粒含量的增多,分維數(shù)增大,孔隙相對(duì)較小。壓縮固結(jié)前后試樣對(duì)比表現(xiàn)出,壓縮后土體變密實(shí),隨著孔隙水壓力的消散,有效應(yīng)力的增大,土體內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜,分維數(shù)增大。

        [1]杜東俊, 楊愛(ài)武, 劉舉等. 天津?yàn)I海吹填土[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2010.

        [2]楊靜. 高粘粒含量吹填土加固過(guò)程中結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的模擬試驗(yàn)研究[D]. 吉林大學(xué), 2009.

        [3]牛岑岑,王清,譚春,等.吹填土滲流固結(jié)過(guò)程微觀結(jié)構(gòu)的分形特征[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào),2012,47(1):78-83.

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