天津滨海新区上全新统湖沼相沉积土微结构特征研究

论文摘要

多年来,许多专家对土体的微观结构进行了研究,研究的手段和方法不尽相同。对天津滨海新区来说研究热点主要集中在海积土和吹填土,很少有研究涉及到湖沼相沉积土。然而,众所周知,在天津滨海新区路基沉降、仓库地基变形失稳等问题与埋藏较浅的湖沼相沉积土的工程特性有着紧密的联系,因此对浅部的湖沼相土的微结构的研究有很好的理论和实践意义。(1)论文对天津滨海新区浅部的湖沼相沉积土的物理性质、化学成分、力学性质进行了试验研究,研究表明天津湖沼相沉积土以细粒粘土为主,液限高,压缩性强,强度低,渗透性差,不能直接作为工程地基,必须进行工程处理。(2)由于土体的宏观力学性质是其微观结构变化的反映,为了研究湖沼相沉积土的微结构特征,本文对经低温和抽真空后制备的土样运用扫描电镜获取了土样的微观扫描电镜照片,并运用图像处理软件提取了湖沼相沉积土孔隙的微观结构参数,最后选定了等效直径、孔隙数量、孔隙周长、孔隙面积、孔隙形态比、孔隙圆度、孔隙定向频率、孔隙复杂度等参数来表征湖沼相土的孔隙大小、形态和排列特征。(3)为了研究湖沼相沉积土在压缩固结和剪切破坏时的微观结构变化机制,本文对不同荷载条件下土样的微观结构参数与荷载之间的关系进行了研究,研究表明在实验过程中,湖沼相沉积土的微结构呈现出一定的规律变化,说明土体宏观变化本质是自身微观结构发生突变的一种集中表现。例如在不同固结压力下,土体微结构随孔隙率的降低,孔隙个数增加和孔隙直径降低等变化规律。(4)为了进一步搞清湖沼相沉积土微观结构特征,本文运用了分形几何的理论,计算出了湖沼沉积土原状样的颗粒和孔隙的分维数;并用颗粒分维数的变化进一步揭示了土体固结压缩的变形机理。由此说明应用土体微结构的分维指标解释其宏观变形是可靠的。从而为提出判定土体和地基强度的微观参数标准有一定的理论借鉴意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 土体微观结构的研究进展
• 1.2 本论文的主要工作及技术路线
• 第2章 天津滨海新区湖沼相沉积土概况
• 2.1 天津滨海新区概况
• 2.2 天津滨海新区区内地层概况
• 2.3 天津滨海新区湖沼相沉积土的沉积特征
• 2.3.1 湖沼相相沉积土的分布
• 2.3.2 湖沼相相沉积土的沉积背景
• 2.3.3 湖沼相相土的沉积层序与成因分析
• 2.4 天津滨海新区湖沼相沉积土的基本物理力学性质
• 2.4.1 湖沼相沉沉积土的粒度成分
• 2.4.2 湖沼相沉积土的矿物成分
• 2.4.3 湖沼相沉积土的基本物理力学指标
• 2.5 本章小结
• 第3章 天津滨海新区湖沼相沉积土微结构实验方案及测试
• 3.1 土体微观结构实验研究目的
• 3.2 湖沼相沉积土微观结构实验研究方案
• 3.3 湖沼相沉积土微观结构实验测试分析
• 3.3.1 SEM 样品的制备和扫描电镜实验
• 3.3.2 SEM 照片图像处理分析
• 3.3.3 微结构定量参数的选定
• 3.4 本章小结
• 第4章 湖沼相沉积土微结构与工程性质关系研究
• 4.1 湖沼相沉积土微观结构定性分析
• 4.1.1 土体微结构基本类型和特征
• 4.1.2 湖沼相沉积土微结构基本类型和特征
• 4.1.3 湖沼相沉积土在受压和剪切时的微结构特征定性分析
• 4.2 湖沼相沉积土单向压缩变形的微结构效应
• 4.2.1 不同固结压力下孔隙的孔径分布
• 4.2.2 不同固结压力下孔隙的大小变化
• 4.2.3 不同固结压力下孔隙的形状及平面孔隙率变化
• 4.2.4 不同固结压力下孔隙的各向异性率变化
• 4.3 湖沼相沉积土剪切变形过程中的微结构效应
• 4.3.1 孔隙的平均等效直径与围压的关系
• 4.3.2 孔隙的定向性与围压的关系
• 4.3.3 孔隙分布分维数的变化
• 4.3.4 孔隙复杂度的变化
• 4.4 本章小结
• 第5章 湖沼相沉积土微结构的分形分维研究
• 5.1 分形分维理论概述
• 5.1.1 分形理论的提出
• 5.1.2 分形理论在土体研究中的应用
• 5.2 SEM 图像分析中分形模型的构造
• 5.2.1 基于降维生成型模型的土孔隙分布分维
• 5.2.2 基于质量守恒型模型的土孔隙度分维
• 5.2.3 基于升维模型的孔隙边缘形状分维
• 5.3 湖沼相沉积土微结构参数分维研究
• 5.3.1 SEM 图像处理
• 5.3.2 结构形态参数选择与分维算法
• 5.3.3 湖相软沉积土结构形态参数的分形分维特征
• 5.3.4 湖相软沉积土固结压缩时结构形态参数的分形分维特征
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 进一步研究设想与建议
• 参考文献
• 致谢
• 附录