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碱污染红黏土的宏观力学性质与微观结构关系的研究

王麒  
【摘要】:课题组前期研究发现,碱污染使得贵州某铝厂地基红黏土孔隙比、比重和塑性指数等物理性质降低,这势必会影响其力学性质,故对碱污染红黏土的力学性质及微观结构展开研究。本文结合实际污染液质量分数及入磨母液为污染源,考虑时间和质量分数效应,通过对碱污染原状红黏土进行室内土工试验,研究其土体物理力学性质的变化;通过电镜扫描的方法,研究其微观结构的变化;通过多元回归分析、灰色关联理论和RES理论三种的方法,探讨了宏观抗剪指标与微观结构之间的关系。主要结论如下:(1)宏观物理力学性质:低质量分数下,整体上物理力学性质变差;高质量分数下,整体上物理力学性质变好;入母液下,整体上物理力学性质变为最好。0d~10d时碱污染土的物理力学性质变好,质量分数越大变好的程度越大,10d~40d物理力学性质波动较大,和碱液质量分数无明显对应关系,40d~80d物理力学性质变化趋于平稳。(2)微观结构:对破裂面上土体的SEM图片进行三维化处理、元素分析、孔隙等效椭圆长轴定向分布等定性分析的方法和提取颗粒形态分维、颗粒扁圆度、孔隙总个数、惰性孔隙面积比、惰性孔隙个数比、孔隙总面积、孔隙面积概率分布指数、孔隙概率熵、颗粒个数9个微观参数定量分析的方法,得到:低质量分数下,整体上各微观参数降低,土中颗粒、孔隙形态变化较小;多为颗粒间连接薄弱处发生破裂。高质量分数下,整体上各微观参数变大,土中颗粒、孔隙形态变化较大;颗粒间连接薄弱处发生破裂,土颗粒间的摩擦力也发挥了作用。入母液下,整体上各微观参数降低,土中颗粒、孔隙形态变化最大;土颗粒间的摩擦力发挥主要作用。并从碱-土作用、受压作用、受剪作用分析了微观结构对宏观物理力学变化的响应规律。(3)宏观力学与微观结构关系:通过回归分析,得到碱污染红黏土抗剪指标与微观结构参数的非线性回归方程;并采用灰色关联理论,分析了微观结构参数与抗剪强度之间的相关度;在Matlab平台下基于RES理论建立BP网络模型,分析了微观结构参数之间的相互作用关系,分别得到了微观结构参数对抗剪强度指标影响的权重。


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