一种粉土力学特性与粉土微观结构建立联系的方法与流程

本申请涉及一种粉土力学特性与粉土微观结构建立联系的方法。

背景技术：

1、粉土是介于黏性土和砂性土之间的一类过渡类型土，具体是指粒径大于0.075mm的颗粒质量不超过总质量的50％，且塑性指数ip小于或等于10的土。粉土与砂土和黏土的性质不同，粉土性质较为复杂，位于黄河中下游平原相比较其他地区粉土，由于长期冲刷形成的粉土属于黄河冲积粉土，是由黄土高原的黄土经黄河冲积而成，其粉粒含量高，黏粒含量少，塑性指数低，具有松散、黏聚力差、易液化等特点，是一种工程性质很差的土体。

2、由于土体固结历史的变化，如地基预压来控制地基沉降、深基坑开挖过程中上部土体的转移，地基土常处于超固结状态，其力学特性与正常固结状态下有较大差异。与正常固结土相比，超固结状态下的土体往往表现出更大的抗剪强度与明显剪胀性等特性，超固结土体的特性也往往更为复杂。对于黄河冲积形成的粉土，目前通常从粉土的静力学特性或者动力学特性入手，从宏观角度对正常固结状态或超固结比对粉土的力学特性的影响。但是粉土的力学特性无法从微观结构上进行分析。

技术实现思路

1、为了能够使粉土的力学特征与粉土的微观结构上进行分析，本申请提供粉土力学特性与粉土微观结构建立联系的方法。

2、本申请提供一种粉土力学特性与粉土微观结构建立联系的方法，采用如下的技术方案：

3、一种粉土力学特性与粉土微观结构建立联系的方法，包括试验土的制备、采用三轴仪对试验土进行cu试验、对剪切后的试验土干燥、对干燥后的试验土进行电镜扫描并二值化处理、将微观结构参数与三轴试验参数二维图表化；所述对干燥后的试验土进行电镜扫描并二值化处理包括对电镜扫描的土样进行电镜扫描获取sem图片和颗粒与裂隙定量分析系统图像处理软件对sem图片进行二值化处理，获取微观结构参数，微观结构参数至少为孔隙率n、概率熵hm、平均形状系数f和分孔隙形维数dv中的一个，所述将微观结构参数与三轴试验参数二维图表化包括将获得微观结构参数和三轴试验参数时的剪切围压与ocr值相同的数据进行对应，使获得的孔隙率n、概率熵hm、平均形状系数f或分孔隙形维数dv与三轴试验参数所得到峰值强度进行画点，并将多个点依次连成折线。

4、通过采用上述技术方案，使用时，先通过制备得到的试验土，然后对试验土进行cu试验，通过三轴仪进行的cu试验能够得到试验土的三轴试验参数，然后再对三轴试验后的试验土进行干燥处于，并进行电镜扫描，使微观结构经电镜扫描获得的sem图片进行二值化处理，二值化处理得到的微观结构参数，同时将同一试验土中的微观结构参数包括的孔隙率n、概率熵hm、平均形状系数f或分孔隙形维数dv中的任一数值做为横坐标再将三轴试验参数所得到的峰值强度为横坐标进行画点并连接折线，使粉土的力学特征与粉土的微观结构上的关联性进行分析。

5、优选的，试验土的制备包括先选取实地土测量参数和配制试验土，通过室内试验测定选取粉土的基本物理性质指标，基本物理性质指标至少包括颗粒级配和天然含水率，配制试验土包括将与实地土得到的各颗粒分级粒径的土按照实地土所测量的比例进行混合，并添加纯净水，纯净水量按照实际的天然含水率进行添加，然后搅拌均匀后，分多次添加到制样筒内并且分层击实得到重塑土。

6、通过采用上述技术方案，先通过测量现场所取的土进行参数测量，然后再通过对试验土进行配制，减少因粉土的质量较差，取土过程中造成的土体结构变化，带来的实验误差。

7、优选的，采用三轴仪对试验土进行cu试验包括对超固结土试验采用控制固结围压和剪切围压来控制超固结比，将土样在较高的固结围压下进行等向固结，固结完成后，将围压卸载至剪切围压重新固结。

8、通过采用上述技术方案，通过控制固结围压和剪切围压来控制超固结比，并且在土样经较高的固结围压下进行等向固定后，再进行剪切围压下重新固结构，能够模拟土体还原先期固结压力下的固定状态，再模拟实际施工过程中将上部覆盖的地层挖去后，还原下部土体的当前固结构压力下的固结状态。

9、优选的，对剪切后的试验土干燥包括对剪切完成的试验土采用真空冷冻干燥法制取用于电镜扫描的土样，对试验土进行干燥。

10、通过采用上述技术方案，将剪切后的试验土先进行干燥，再直接进行电镜扫描获取图片，经真空冷冻干燥法抽取的土样结构保持剪切后的状态，减少干燥过程对土样的扰动。

11、优选的，采用颗粒与裂隙定量分析系统图像处理软件对sem图片进行处理是针对不同围压与不同超固结比下土样放大200倍的sem图片二值化处理。

12、通过采用上述技术方案，sem图片中放大倍数过大，使颗粒数目太少，观察的区域不具有代表性，会对分析结构可靠性降低，sem图片放大倍数过小，结构类型、颗粒及孔隙形态不够清楚。

13、优选的，所述电镜扫描的土样至少包括一组固结比为1，剪切围压增大的试验方案或固结比逐渐增大，剪切围压相同的试验方案。

14、通过采用上述技术方案，可以使一组内正常固结土中的不同剪切围压下的微观结构能够与三轴试验参数进行关联分析，同时还可以根据相同剪切围压，不同的固结比下微观结构与三轴试验参数进行关联分析。

15、优选的，将微观结构参数与三轴试验参数二维图表化，包括建立孔隙率n、概率熵hm、平均形状系数f或分孔隙形维数dv为纵坐标，横坐标为剪切围压或固结比的二维图表。

16、通过采用上述技术方案，由于微观结构下的孔隙率、概率熵、平均形状系数和分孔隙形维数在不同的剪切围压或不同的固结比下也不相同，因此可从微观的角度确定试验土发生的结构变化。

17、优选的，采用三轴仪对试验土进行cu试验中，各试验方案的剪切速率均为0.1％/min,直到等压固结形成的土样破坏或轴向应变达到20％停止。

18、通过采用上述技术方案，通过在试验过程中的剪切速度设置成相同的数值，降低剪切速度对试验结果的影响，同时在轴向应变达到20％以上时，试验土的变形量达大，实际工程中应用较少。

19、综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

20、1.通过将同一试验土中的微观结构参数包括的孔隙率n、概率熵hm、平均形状系数f或分孔隙形维数dv中的任一数值做为横坐标再将三轴试验参数所得到的峰值强度为横坐标进行画点并连接折线，使粉土的力学特征与粉土的微观结构上的关联性进行分析；

21、2.通过对试验土进行配制，减少因粉土的质量较差，取土过程中造成的土体结构变化，带来的实验误差。

技术特征：

1.一种粉土力学特性与粉土微观结构建立联系的方法，其特征在于：包括试验土的制备、采用三轴仪对试验土进行cu试验、对剪切后的试验土干燥、对干燥后的试验土进行电镜扫描并二值化处理、将微观结构参数与三轴试验参数二维图表化；所述对干燥后的试验土进行电镜扫描并二值化处理包括对电镜扫描的土样进行电镜扫描获取sem图片和颗粒与裂隙定量分析系统图像处理软件对sem图片进行二值化处理，获取微观结构参数，微观结构参数至少为孔隙率n、概率熵hm、平均形状系数f和分孔隙形维数dv中的一个，所述将微观结构参数与三轴试验参数二维图表化包括将获得微观结构参数和三轴试验参数时的剪切围压与ocr值相同的数据进行对应，使获得的孔隙率n、概率熵hm、平均形状系数f或分孔隙形维数dv与三轴试验参数所得到峰值强度进行画点，并将多个点依次连成折线。

2.根据权利要求1所述的一种粉土力学特性与粉土微观结构建立联系的方法，其特征在于：试验土的制备包括先选取实地土测量参数和配制试验土，通过室内试验测定选取粉土的基本物理性质指标，基本物理性质指标至少包括颗粒级配和天然含水率，配制试验土包括将与实地土得到的各颗粒分级粒径的土按照实地土所测量的比例进行混合，并添加纯净水，纯净水量按照实际的天然含水率进行添加，然后搅拌均匀后，分多次添加到制样筒内并且分层击实得到重塑土。

3.根据权利要求1所述的一种粉土力学特性与粉土微观结构建立联系的方法，其特征在于：采用三轴仪对试验土进行cu试验包括对超固结土试验采用控制固结围压和剪切围压来控制超固结比，将土样在较高的固结围压下进行等向固结，固结完成后，将围压卸载至剪切围压重新固结。

4.根据权利要求1所述的一种粉土力学特性与粉土微观结构建立联系的方法，其特征在于：对剪切后的试验土干燥包括对剪切完成的试验土采用真空冷冻干燥法制取用于电镜扫描的土样，对试验土进行干燥。

5.根据权利要求1所述的一种粉土力学特性与粉土微观结构建立联系的方法，其特征在于：采用颗粒与裂隙定量分析系统图像处理软件对sem图片进行处理是针对不同围压与不同超固结比下土样放大200倍的sem图片二值化处理。

6.根据权利要求1所述的一种粉土力学特性与粉土微观结构建立联系的方法，其特征在于：所述电镜扫描的土样至少包括一组固结比为1，剪切围压增大的试验方案或固结比逐渐增大，剪切围压相同的试验方案。

7.根据权利要求1所述的一种粉土力学特性与粉土微观结构建立联系的方法，其特征在于：将微观结构参数与三轴试验参数二维图表化，包括建立孔隙率n、概率熵hm、平均形状系数f或分孔隙形维数dv为纵坐标，横坐标为剪切围压或固结比的二维图表。

8.根据权利要求1所述的一种粉土力学特性与粉土微观结构建立联系的方法，其特征在于：采用三轴仪对试验土进行cu试验中，各试验方案的剪切速率均为0.1%/min,直到等压固结形成的土样破坏或轴向应变达到20%停止。

技术总结
本申请涉及一种粉土力学特性与粉土微观结构建立联系的方法，其包括试验土的制备、采用三轴仪对试验土进行CU试验、对剪切后的试验土干燥、对干燥后的试验土进行电镜扫描并二值化处理；对干燥后的试验土进行电镜扫描并二值化处理包括对电镜扫描的土样进行电镜扫描获取SEM图片和颗粒与裂隙定量分析系统图像处理软件对SEM图片进行二值化处理，获取微观结构参数，微观结构参数为孔隙率n，将微观结构参数与三轴试验参数二维图表化包括将获得微观结构参数和三轴试验参数时的剪切围压与OCR值相同的数据进行对应，使获得的孔隙率n与三轴试验参数所得到峰值强度进行画点，并将多个点依次连成折线。本申请能够使粉土的力学特征与粉土的微观结构上进行分析。

技术研发人员：柴少强,王巍,陈勇,范贤斌,彭辉,赵争兵,周庆
受保护的技术使用者：中交一公局第七工程有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/10/14