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1、人工土固結過程中微觀結構效應研究周暉(廣州城建職業(yè)學院，廣州510925)摘要：通過定量分析固結人工土的微觀結構，研究非黏土礦物與黏土礦物對土體微觀結構(顆粒和孑L隙)變化的影響。經ESEM圖片比對分析后發(fā)現：非黏土礦物長石試樣顆粒較大，粒間大多以面一面連接，結構較致密，加載后，大顆粒碎散成小顆粒，顆粒平均粒徑減小，圓形度提高，顆粒定向性變化較大而其分布分維數呈現下降趨勢；黏土礦物高嶺土試樣顆粒較小，粒間大多以邊一邊、邊一面連接，孔隙較多，加載后，團聚現象明顯致使顆粒平均粒徑增大，圓形度降低，孔隙也逐漸向團聚單元體內部孔隙轉變，在加載初期(P<100kP
2、a)，顆粒與孔隙的定向概率熵與分布分維數均明顯下降，之后趨于穩(wěn)定。關鍵詞：非黏土礦物；黏土礦物；微結構；定向概率熵；分一～l一。布一～分一維一～．商咖泖數一～一～吣一㈣一一～抵～一一～～～一一一～一．～一一～～一岫一～MICRoSTRUCTUREEFFECTSoFARTIFICIALSoILINTHECoNSoLIDATIoNPRoCESSZhouHUi(GuangzhouCityConstructionCollege，Guangzhou510925，China)0引言微觀結構定量分析，研究土體受到荷載作用后，非黏土的固相礦物成分比較復雜，一般由各種結晶
3、土礦物與黏土礦物對其微觀結構(顆粒單元體和孔質的非黏土和黏土類礦物、非晶體質材料、有機物以隙)變化的影響。及沉淀析出的鹽類等幾部分組成，其工程土體成分1試樣及其制備中的絕大多數為無機質結晶的非黏土和黏土礦物。1．1試樣制備長期的工程實踐表明，雖然工程土體成分本試驗用土包括非黏土礦物長石和黏土礦物高中非黏土礦物含量往往比黏土礦物含量多得多，但嶺土。除了利用常規(guī)土工試驗測試其主要物理力學是后者對土體性狀的影響程度卻遠超前者，其深層參數外，還運用Mastersizer2000型激光粒度分析儀次的原因還在于兩者微觀結構的巨大差異。當土體測試兩種人工土的體積平均粒
4、徑和表面積平均粒中有黏土礦物存在，較小的黏土礦物顆粒會包裹在徑，測量范圍為0．02～2000m，測試方法為濕法。非黏土礦物顆粒的表面，使得非黏土礦物顆粒之間不能直接接觸，從而黏土礦物得以控制土體的性狀。作者：周暉，女，1979年出生，博士研究生，講師。當土體受到固結荷載作用時，由于其中黏土礦物的E—mail：zhouhuianhui@126．eom作用，促進了土顆粒間的相互運動，增大了土體的壓收稿日期：2012—02—28縮性。通過對不同礦物成分配比的固結人工土進行工業(yè)建筑2012年第42卷第8期表1為兩種人工土的主要物理力學參數和平均粒兩種礦物混合試樣
5、，其孔隙比介于純礦物試樣之間，徑。根據粒度分析結果，長石和高嶺土的平均粒徑說明兩種礦物混合后，由于顆粒粒徑更不均勻，級配達到微米級，均屬于極細顆粒土。變好使得微觀結構更加穩(wěn)定。1．3ESEM樣品制備表1土的主要物理力學參數及平均粒徑Table1Themainphysicalandmechanicalparameters將固結前和各級荷載后的土樣分別制備ESEMandtheaverageparticlesizeofthesoilmaterials樣品。，放入Quanta200環(huán)境掃描電子顯微鏡的觀測倉中，選擇試樣豎直斷面為觀測面，控制倉內溫度5℃，壓力65
6、0Pa。對各試樣樣品進行微觀觀測并拍攝ESEM圖片，如圖2所示。2土體固結過程的微結構效應注：體積平均粒徑，即具有此粒徑的顆粒的體積正好等于所有顆粒的體積的平均值；表面積平均粒徑，即具有此粒徑的顆粒2．1微觀結構形態(tài)特征分析的表面積正好等于所有顆粒的表面積的平均值。土體結構的形態(tài)學特征，即顆粒單元體或孑L隙為研究礦物成分對加載后土體微觀結構的影的大小、形狀、表面特征及其定量化的比例關系，如響，依據礦物成分配比共制作了4組試樣，試樣成分顆粒單元體或孔隙的粒徑(分布)、孔徑(分布)、周及其物理性質如表2所示。長和總面積、形狀系數等。由圖2可見，P=0kPa時
7、，非黏土礦物試樣與黏表2試樣成分及物理性質土礦物試樣在微觀形態(tài)上存在明顯差異。長石試樣Table2Samplecompositionandphysicalproperties(Y1)顆粒較大，棱角分明，粒間大多以面一面方式連接，相互嵌固，較多的碎屑填充于大顆粒之間，孔隙少而結構較致密；高嶺土試樣(Y2)顆粒較小，無明顯棱角，有較多顆粒以聚合體形式存在，個別呈片狀，粒問多以邊一邊、邊一面方式連接，孑L隙分布多；兩種礦物混合試樣(Y3、Y4)中較大的長石顆粒被較小的高嶺土顆粒包裹，使大部分長石顆粒間不能直1．2常規(guī)固結試驗接接觸，粒間嵌固作用明顯減弱，有較多
8、團聚在一起根據常規(guī)固結試驗中土體壓縮量與時間關系可的顆粒單元體存在，隨著高嶺土含
