基于湿陷、震陷、液化灾害的黄土微结构研究

【摘要】：黄土地区湿陷、震陷、液化等地质灾害的发生,其本质是黄土独特的结构形态。近年来随着高倍率扫描电子显微镜和计算机图像处理技术的迅猛发展,微结构呈现给人们的信息更加真实和全面,促使土微结构技术的研究愈来愈深入。利用扫描电子显微镜(SEM)的黄土微结构研究来揭示黄土特殊工程性质的微观机理,将宏观力学和微结构相结合是黄土研究的主要方向之一。 本文首先介绍了微结构的发展、应用及其研究手段,并利用图像分析技术和分形几何方法对湿陷、震陷、液化后黄土的SEM图像进行观测和分析,将之与原状黄土对比分析,定量研究各种状况下黄土的孔隙大小、数量、孔隙分布分维、孔径分维等参量的变化,通过黄土在不同外因的作用效果分析黄土结构特性和灾害性质。 其次,对改良后黄土的微结构进行分析,主要研究黄土在压实作用下土颗粒形态、孔隙结构、受力性能的变化情况,以及掺合料对黄土击实效果及结构性能的影响。 结果表明原状黄土具有较多架空孔隙,黄土湿陷、震陷、液化后,结构有不同程度的破坏,大孔隙减少,孔隙率降低,其中震陷后黄土的结构变化最小,湿陷后黄土稍大,液化后黄土变化最大。黄土孔隙具有分维特性,孔隙分维的大小与孔隙率相关性大,以结构分形来判断黄土的性质是可行的。 胶结作用的强弱对黄土结构稳定性影响巨大。没有水的作用时,胶结作用越强,黄土结构越稳定,能抵御较强的地震作用；但在水作用下,胶结作用越强,结构浸水损失的强度越大,越容易发生湿陷和液化,发生灾害后的变形也越大。 黄土经压实后,孔隙率急剧降低,孔隙分布分维也减小。石灰改良黄土效果明显,石灰的添加能有效降低黄土孔隙率和孔隙分布分维。石灰-粉煤灰改良黄土的效果比单纯添加石灰效果更好,孔隙分布分维降低幅度更大。改良黄土随着孔隙率的降低,孔隙分布分维减小,内摩擦角增大。