1.5.2 研究内容

采用试验分析与理论探讨相结合的方法, 通过已知或者实测的微细观参数, 研究软土微细观参数与其工程特性的定性、定量关系及影响机理,分析微细观参数与宏观参量之间的内在关联, 进一步分析软土强度、固结、流变、渗流等特性的微观机理。本书主要研究内容包括以下几个方面。

(1)软土微细观参数的测试与分析。利用一系列的物理化学试验, 测试试样的比表面积、阳离子交换量、孔隙大小和尺度分布等, 利用土颗粒的表面电荷密度换算出不同孔隙液离子浓度下的颗粒表面电位。

(2)珠江三角洲软土的区域特性及其形成的环境因素和微观因素分析。在广泛收集和整理珠江三角洲软土性质和特性资料的基础上, 进行软土物理力学指标的统计分析。采集具有代表性区域特性的软土试样测试其工程性质和特性; 根据试样采集区域的地质环境、水文环境和沉积条件等外部因素分析软土性质和特性的外部成因; 对试样进行物质成分分析和微观结构测试, 根据试验结果分析软土性质和特性的微观机制和成因。

(3)软土强度特性的微细观参数测试与分析。利用常规的直剪实验和微细观强度参数测试结果, 研究软土微细观强度参数对软土强度特性的影响, 区分矿物成分、含水量和孔隙液离子浓度不同的试样, 并对土样进行直剪试验, 分析抗剪强度、黏聚力和内摩擦角两个强度指标随矿物成分、含水量和孔隙液离子浓度改变的变化规律, 从微细观领域探讨结合水性质与微电场强度的关系、结合水含量与微细观参数的关系, 研究土体强度特性的微观内在机理。

(4)软土固结特性的微细观参数测试与分析。利用MIP法和ESEM法研究软土孔隙的微细观结构参数在固结前、固结中、固结后的变化, 分析固结过程中孔隙数量、等效孔径、孔隙形状、定向性、孔隙大小及尺度分布、孔隙连通性和曲折性等孔隙微细观结构参数的定量变化, 并进行两种显微试验的对比分析以相互印证显微试验的有效性。

(5)软土流变特性的微细观参数测试与分析。主要通过直剪蠕变试验方法研究物质因素 (黏土矿物、有机物和氧化物、含水量等)影响软土蠕变特性的物理机制, 分析各微细观参数对软土流变特性的影响定量关系。

(6)软土渗流特性的微细观参数测试与分析。利用常水头法 (即直接测试法)和渗流固结法 (即间接测试法)研究软土渗流的微电场效应和微尺度效应。进行软土颗粒表面电位、孔隙液离子浓度、孔隙尺度、水力梯度等参数与渗透系数的关联性研究, 分析各微细观参数与宏观渗流特性之间的内在联系。

(7)软土渗流的微观模型理论分析。将Poisson-Boltzmann电势方程简化为圆孔渗流物理模型方程, 考虑微电场效应下电场力和孔隙水黏度的作用对极细颗粒土渗流的影响。完善软土的微观渗流模型, 分析各微细观参数如颗粒表面电位、土体电导率、孔隙等效尺寸及孔隙水的黏滞系数等参数对微电场分布和等效渗透系数的影响; 根据电荷守恒定律求出颗粒表面电位, 比较微观圆孔渗流物理模型计算结果与实测的渗透系数随颗粒表面电位变化的差异, 验证理论模型的合理性进而进行微电场效应分析。

(8)软土工程特性的微结构影响物理机制及定量分析。包括软土固结、渗透特性与物质组织和微观结构的关联性分析, 影响软土特性的主要微观结构形态和结构参数、工程性质变化的微观结构参数对应性分析, 软土特性参数与微观结构参数的定量关系等。基于微观试验的软土固结特性分析, 建立基于微观分析的固结方程, 将求解结果与太沙基固结方程结果和试验数据进行比较, 给出软土渗透固结特性微观机理的解释。

(9)软土地基稳定性分析。通过收集珠江三角洲某典型软土区域的地形地貌、地质构造、工程地质、水文地质等资料, 开展软土概况及软土地基沉降分析, 进行软土地基不同附加应力下的沉降评价和综合评价, 提出软土地基沉降灾害的防治对策与措施。