城市区域水土作用分析与土的结构强度研究
【摘要】：
随着城市建设的发展和城市人口的日益增多，城市区域的“三水”循环系统被扰动，地下水的化学组份发生变异。城市建设是日复一日的进行，人类活动对地质环境的扰动不可能是一个常量等事实，则水土之间的不平衡状态就持续存在。尽管地下水与地基土体之间的相互作用是长期的、缓慢的，但与土体形成和经历的整个地质历史进程的水土作用相比，水化学环境变异是显著且短暂的，水土作用将会在短时期内进行量的积累，从而使土的性质达到质的变化。研究常温、常压城市环境下的水土作用将有助于预测城市区域建筑环境和建筑地基的变形和稳定问题。该项研究已日益受到国内外专家学者的关注，是工程地质学家在研究城市地质环境稳定性问题时应当回答的重要内容。此项研究为城市建设中的防灾减灾提供理论根据，是防止城市地质灾害产生和保证城市安全的前提，是使城市可持续发展的基础。
基于上述观点，本文针对研究因城市建设导致的地下水化学组份变化对粘性土结构强度影响及作用方式的变化，以城市区域地下水的化学作用入手，剖析土颗粒间的连接作用及胶结物作用。利用现代测试与试验技术，通过构筑多类型的室内模拟环境，着重从土的细观结构出发，研究城市区域下的水土作用及土体的力学特性及结构强度。
广西大学博士学位论文
文章从自然界或工程上的一些具体现象或问题出发，抽象出域市区
域水。相。作用本质在于地，水。境一鞭一强度间存在着内在联
一‘“”一‘”一’『”’“————一“——‘”“”一’－炫构——一‘”‘“一口”“—一
系，指出地下水化学场变异通过对土结构的调整来强化与弱化土性。
结合南宁市具体的地下水环境，对域市区域地下水环境背景及地下
水化学场变异的主要因素进行了分析，以南宁市为例对域市区域地下水
化学场的演化规律进行了定量研究与分区。通过对地下水化学组份变量
的因子分析，建立了城市区域水土作用的评价指标体系。通过水化学组
份与土强度间的相关性分析，提出水化学组份的变异可以映射水土作用
下土强度的变异；
从水土作用的理论出发，分析了域市建设、地下水环境变异与土结
构强度间的相互关系，研究了土的结构尺度及其在水土作用中的意义：
总结了土的结构强度的来源、定义了土细观结构的物理涵义井划分了土
的结构尺度及层次、归纳了水土作用的四个基本形式、讨论了水土作用
的化学作用机理。由理论分析提出，域市常温、常压、缓慢的地下水变
异环境下的土体性质的可变性将由结构一尤其是细观结构来度量，进而
提出细观结构是水土作用发生与发展的“平台”和主要场所、是水土作
用效果表现的载体，水土相互作用分析可通过土细观结构这个桥梁来进
行，由此建立了细观结构变异数学模型以及变形的预测模型；
试验研究表明水土作用引起土的结构变异是存在的，而且结构变异
可以被认识，并可以通过一定的测试手段来显现。扫描电镜技术证实了
水土作用下结构变异的存在；义射线衍射技术研究了各结构层次变异的贡
献率问题；OT技术通过研究可溶蚀相溶蚀与颗粒宏观分散，利用土体体
且互
广西大学博士学位论丈
变率和 CT值变化率存在统一性规律，宝量解释了水环境变异引起土体孔
隙及潜在变形的细观结构变异规律；扫描隧道显微镜技术初步定量测定
了水化学场变异引起的颗粒间距离变化的规律，为进一步揭示土结构变
化的规律提供了新途径；
水土作用下的力学特性试验证实了可溶相溶蚀是水土作用产生细观
结构质变的一个重要原因，孔隙比变化是细观结构变异的外在表现形式。
通过建立细观结构变异度概念，研究了组份在水土作用下随环境变异显
著性及对细观结构的贡献。提出细观结构变异具有1 化”或“弱化”
效应及遗传性。试验得出短期水土作用下两类变形特征规律，发现长期
水土作用下土体存在“世纪性”的变形增长，变形特征兼有短期与长期
水土作用的变形特征，是两种变形特征的复合体。水土作用发生时细观
结构扰动的效果与土体上是否作用荷载有关，根本的区别在于细观结构
的变异或破坏是否得到外界因素的补偿。通过檬拟CO。分压增高的试验，
揭示出水土作用的宏观效果一土的应力一应变关系及土的结构强度的
变化，在宏观上解释了地下水变异一组份一细观结构一上体结构强度相
互间水土作用的本质。
【关键词】：水土作用 地下水 化学组份 水化学场变异 细观结构 结构强度 变形特征 【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2002
【分类号】：TU432
【DOI】：CNKI:CDMD:1.2003.084977
【目录】：
- 第一章 绪言12-24
- 1.1 问题的提出与研究意义12-15
- 1.2 水土作用研究的现状15-22
- 1.2.1 水岩作用研究现状15-18
- 1.2.2 水土作用研究现状18-19
- 1.2.3 土结构研究、结构与工程性质关系研究现状19-22
- 1.3 研究思路与内容22-24
- 第二章 城市区域地下水环境演化规律与分析24-39
- 2.1 城市区域地下水环境背景分析24-26
- 2.2 城市区域地下水环境变异分析26-29
- 2.3 城市区域地下水环境演化规律与分析-以南宁市为例29-34
- 2.4 水化学组份对水土作用贡献的初步分析34-38
- 2.5 小结38-39
- 第三章 城市区域水土作用的理论分析39-56
- 3.1 土的结构尺度及其在水土作用中的意义40-43
- 3.2 水土作用的基本形式43-45
- 3.3 水土作用中的化学作用45-48
- 3.4 水土作用的数学描述48-55
- 3.4.1 颗粒间相互作用力的数学描述48-52
- 3.4.2 细观结构变异物理过程的数学描述52-55
- 3.5 小结55-56
- 第四章 水土作用与土细观结构变异的试验模拟56-83
- 4.1 试验过程56-59
- 4.1.1 试验环境56-57
- 4.1.2 测试方法57-59
- 4.2 细观结构变异模型的模拟及实验验证59-79
- 4.2.1 扫描电镜(SEM)测试59-63
- 4.2.2 X射线衍射测试63-70
- 4.2.3 细观结构变异的CT测试70-75
- 4.2.4 细观结构变异的扫描隧道显微镜测试75-79
- 4.3 模拟试验结果综合分析79-81
- 4.4 小结81-83
- 第五章 水土作用下细观结构变异与土的结构强度83-103
- 5.1 细观结构变异试验验证83-85
- 5.1.1 基本思想83
- 5.1.2 试验过程83-85
- 5.2 组份变异对细观结构的贡献与对土性质的影响85-92
- 5.2.1 细观结构变异数学模型的试验检验-可溶相溶蚀引起土细观结构变异的宏观特性85-89
- 5.2.2 水化学组份变异对土性质的影响89-92
- 5.3 结构变异的宏观力学效应的试验验证92-96
- 5.3.1 无荷载条件-不同水环境下的强度与变形特性92-93
- 5.3.2 有荷载条件-不同水环境的变形特性93-95
- 5.3.3 CO_2分压增高背景下的水土作用-土的应力-应变关系与强度变化95-96
- 5.4 小结96-103
- 第六章 结束语103-106
- 6.1 结论103-105
- 6.2 进一步研究的问题105-106
- 附录1106-113
- 附录2113-121
- 参考文献121-129
- 攻读博士期间发表论文与承担的科研、教研及工程项目129-133
- 致谢133
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