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新近系上新世（N2）红土是实现我国西北地区保水采煤和生态环境保护的关键隔水层,研究红土的微观结构有利于分析其渗透性变化的内在机理。文章利用Matlab对不同渗透系数的N2红土的SEM图像进行了预处理和二值化分割,提取孔隙轮廓,得到其孔隙大小、排列、形态和类型等微观特征,并分析了红土的灰度熵、平均孔径、扁圆度、分布分维和概率熵等孔隙微观结构参数与渗透系数之间的关系。结果表明:图像灰度熵与渗透系数之间无明显变化规律,灰度熵在0.88~0.92之间;平均孔径在2.7~3.7μm之间,渗透系数随平均孔径的增加呈指数型增加;对孔隙大小按照微孔隙（<1μm）、小孔隙（1~4μm）、中孔隙（4~16μm）、大孔隙（> 16μm） 4组进行分类,发现小孔隙的数量最多,约占总孔隙数的50%以上,中孔隙和大孔隙的面积约占总孔隙面积的80%以上,渗透系数的增大主要与中孔隙和大孔隙有关;孔隙扁圆度在0.54~0.57之间,形状系数在0.63~0.75之间,孔隙主要呈扁椭圆状,渗透系数随扁圆度的增加呈指数型缓慢减小,随形状系数的增加呈线性减小;孔隙的分布分维数在1.00~1.40之间,随着分布分维的增加,孔隙由大变小,渗透系数随之呈指数型减小;不同土样的概率熵在0.97~0.99之间,孔隙缺乏明显定向性。 相似文献
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水汽补给可诱发砂土填料的冻胀。基于自主研发的水汽迁移和冻胀试验仪,研究了气态水补给下砂土含水率、温度和冻胀量变化规律;利用体视显微镜对冻结过程中砂土微观结构变化特征进行了研究,结合灰色关联理论分析了宏观指标冻胀量与微观参数之间的关联关系。结果表明：在水汽补给下砂土会发生明显冻胀,冻结 7 d 时冻胀量达到 3.45 mm。砂土经历冻胀后,大孔隙面积占比增加、中小微孔隙面积占比降低,孔隙数量占比变化趋势与面积占比相反,孔隙丰度值变化不大,孔隙定向角在各区间分布趋于更加均匀,孔隙定向概率熵整体呈震荡上升趋势,孔隙分形维数呈下降趋势。此外,利用灰色关联理论,建立了宏观参数冻胀量与平均孔径等微观参数之间的关联关系式,进一步揭示了水汽补给下砂土冻胀的微观机制。 相似文献
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以黄土高原典型地貌区14个场地的原状黄土为研究对象,通过扫描电子显微镜获取图像,借助PCAS孔隙图像识别与分析系统,得到了原状黄土在孔隙尺度、排列、形态和类型等方面的细观结构特征;并依据分形理论,对黄土梁峁区、塬区和台塬区三类典型地貌区的孔隙细观特征进行了统计分析。结果表明:不同地貌区的原状黄土孔隙结构有显著差异,黄土梁峁区表观孔隙比明显大于黄土塬区与台塬区;平均孔隙面积与孔隙数呈负相关关系,孔隙数在黄土梁峁区自西向东递减,在黄土塬区递增,在黄土台塬区差异较大;孔隙度分维值在黄土梁峁区相差不大,在黄土塬区自西向东递增,在黄土台塬区差异较大;孔隙概率熵多大于0.98,孔隙排列较为混乱,缺乏明显定向性;黄土塬区的孔隙平均形状系数最大且分维数最低,其孔隙形状较为圆滑,孔隙复杂程度较低。 相似文献
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基于扫描电镜和JMicroVision图像分析软件的泥页岩孔隙结构表征研究 总被引：5，自引：3，他引：2
孔隙发育特征是泥页岩储集能力评价的关键参数之一。扫描电镜观察法已普遍用于描述泥页岩的孔隙发育特征,但是目前文献中对泥页岩微孔隙类型划分比较混乱,孔隙结构特征参数的表征以定性描述为主,缺乏定量表征手段。本文选取了18个泥页岩样品为研究对象,通过氩离子抛光和高分辨率扫描电子显微镜图像观察,基于孔隙发育形态、位置及成因,对样品中不同孔隙进行类型划分;结合JMicroVision图像分析软件,应用泥页岩微孔隙描述技术和孔隙尺度分类统计技术,统计不同类型孔隙发育数量、孔径大小、面孔率、形状系数、概率熵等参数,对其分布特征进行评价。研究表明,晶(粒)间孔隙和有机孔隙比较发育,其次为晶(粒)内孔和晶间隙。不同类型孔隙其孔径分布以纳米级为主,不同类型孔隙分布较无序,其概率熵主要分布在0.5～0.7之间,对应的形状系数分布差异也较大。有机质孔隙的形状系数主要分布在0.6～0.7范围内,形状分布以椭圆形或近似圆形为主,晶(粒)间孔隙和晶(粒)内孔隙的形状系数主要分布在0.3～0.7,分析晶(粒)间孔隙和晶(粒)内孔隙形状系数分布特征主要是受原始孔隙形态、压实作用和溶蚀作用的影响。研究认为,SEM与JMicroVision相结合是定量研究不同类型微孔发育特征的有效手段,为研究微孔的形成和演化奠定了基础。 相似文献
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开展上海软黏土的宏微观三轴剪切试验,研究软黏土受荷状态下孔隙的演化特征。结果表明：局部变形在加荷初期就开始发生。随着荷载的增加,细碎团聚体增多,孔隙不断地扩展,生成大的贯通孔隙,孔隙定向排列明显,剪切带形成。微观结构参数与剪应力比呈非线性正相关关系,最大孔隙面积、孔隙比、孔隙各向异性率及分布分维数在受荷初期缓慢地增大,后期快速增大。应变为8%时,最大各向异性率达到0.68,最大孔隙比为1.96。剪切带附近的微观结构参数都大于带外值。在受荷过程中,土的微观结构发生劣化,软黏土变形过程分为损伤开始、损伤发展剪切带形成和土体破坏3阶段,微观结构的劣化与土的宏观力学特性紧密相联系。 相似文献
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以天津市华苑产业基地表土层为代表,分析其土的固结过程中微观结构的变化特征,并对微观结构量化参数的变化规律进行了总结。发现宏观上孔隙比和压缩系数随压力的增大而减小的规律与微观上土结构单元体的定向分维数、孔隙平均孔径、孔隙分布平面分维数的变化规律相一致。 相似文献
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长春季冻区路基土微观孔隙特征的定量评价 总被引：1，自引：0，他引：1
路基冻害一直是困扰东北季冻区道路建设的一个重要问题。长春冬季天气寒冷,在温度梯度作用下路基土中水分产生迁移和聚集,引起路基冻胀。春季路基解冻,集聚的冰晶体融化,路基土处于饱和或过饱和状态,承载力极低,在交通车辆作用下发生路面鼓包、弹簧、断裂和翻浆冒泡等现象,给交通运输和经济建设带来极大的危害。孔隙是水分迁移的主要通道,是影响路基冻胀主要因素之一,其特征决定土体的冻胀敏感性。本文利用WD-5配置联机图象处理系统的电子显微镜,通过图像定量分析系统,对长春季冻区路基土的微观孔隙作了定量评价。经过分析得出:3个土样孔隙直径均是小于5m的占主导地位,都具备冻胀条件;试样水平和垂直两个方向的孔隙分布较均匀,孔隙为辐射状或网状结构,多为扁圆和等轴形状;孔隙形态分维数分析认为,分维数高,大孔隙含量多,孔隙分布比较简单,在研究范围内,有利于水分迁移,冻胀性较强。 相似文献
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软土非线性蠕变压缩模型 总被引：3，自引：2，他引：1
从土的力学行为与微观结构相结合的途径探讨滨海软土单向压缩的本构特征,旨在构造一个用于软土一维变形计算的合理形式.据多级加荷压缩试验成果,进一步证明了软土具有非线性蠕变特性;并用幂函数描述了软土压缩蠕变规律,用割线模量法概化了单向压缩的应力-应变的关系.提出了压缩蠕变率(CCR)的概念,并建立与土的结构定量参数(定向概率熵和孔隙分布分维数)、应力比之间的幂函数关系.在此基础上,建议了一个考虑非线性蠕变特性的单向压缩本构模型,并用试验资料初步验证了模型的有效性.建议的模型具有参数少、简便实用之特点,可用于软土地基的沉降计算分析. 相似文献
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软土固结过程中的微结构变化特征 总被引：22，自引：0，他引：22
从粘性土体结构系统观点出发 ,建立了土体结构形态概念模型 ,即土体微结构形态由颗粒形态、颗粒排列方式、孔隙性和颗粒接触关系 4种结构要素定性描述 ,这 4种结构要素分别由颗粒大小、颗粒形状、颗粒定向性等 9种结构参数定量刻划。根据土体具有的非线性特征 ,运用分形几何理论提出了粒度分维、颗粒定向分维等 7项定量表征土体微结构状态的分维指标。在此基础上 ,以厦门软土为例开展了软土固结过程中的微结构变化规律研究 ,发现固结过程中软土微结构要素调整变化具有明显的阶段性 ,前期为剧烈调整阶段 ,后期为缓慢变化阶段 ,整体表现为分维指标下降的趋势 ,从而为软土结构力学模型的建立奠定了基础。 相似文献
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利用Quanta环境扫描电子显微镜(ESEM)对延安某填方场地的压实黄土(Q_3和Q_2黄土混合)进行微观结构测试,得到最优含水量下不同干密度黄土微观结构图片。采用Image-Pro Plus图像处理软件对压实黄土孔隙微观结构进行了定量评价,并运用多元线性回归分析法建立了孔隙微观结构量化参数与压实黄土侧限压缩、直剪强度的关系。研究结果表明:随着干密度的增大,孔隙面积比、平均孔径、平均平面形状系数、平均分形维数逐渐减小,概率熵逐渐增大,孔隙分布越趋于均匀,整体力学性质越稳定;tanφ主要受孔隙的平面形状系数影响,黏聚力、压缩模量(E_(s0.05-0.1)、E_(s 0.1-0.2)、E_(s 0.2-0.4))和压缩系数主要与孔隙面积比有关,而E_(s 0.4-0.8)则与孔隙的概率熵密切相关。通过关联性分析,可知400 k Pa是孔隙面积比变化幅度明显减小时的特征压力值,而孔隙面积比变化直接关系沉降变形,400 k Pa也是压实黄土在最优含水量下沉降变形幅度明显减小时的特征压力值。 相似文献
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级配碎石作为季节性冻土地区高铁路基基床表层填料,其防冻胀问题尤为关键。为研究在不同条件下级配碎石的冻胀特性,选取不同的含水率、细颗粒含量、冷端温度和压实度进行了室内封闭系统冻胀正交试验。结果表明,在不同因素、不同水平的组合时,级配碎石有不同程度的冻胀。当级配碎石含水率为5%时,试样的冻胀率较小;当含水率超过7%时,大部分试样冻胀率超过1%。对冻胀过程中试样温度场、冻结深度、冻胀变形过程和冻后试样含水率分布进行了分析,发现冻后试样冷端位置的含水率高于初始含水率,暖端位置的含水率低于初始含水率。当以冻胀率作为参考序列,其他试验条件作为比较序列时,灰色关联度分析结果表明,影响级配碎石冻胀率的主要是含水率,其次为细颗粒含量、压实度及冷端温度,其关联度相差不大。并得出了最有利于冻胀发展的组合。为满足寒区高速铁路变形量的要求,提出以控制级配碎石含水率小于5%为指标。 相似文献
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A study of orthogonal design tests on frost-heaving characteristics of graded crushed rockEI北大核心CSCD
Seasonally frozen soil is distributed widely in the Northeast China. The prevention measures against the frost heave of graded crushed rock, which is used as the filler of surface layer in subgrade, are crucial to high-speed railway constructed in seasonally frozen soil region due to the strict requirements of subgrade deformation. In order to study the frost heave characteristics of graded crushed rock under different conditions, water content, fine content, cooling temperature and compaction are chosen as influential factors of frost heave characteristics. The closed system laboratory frost heave experiments have been performed based on the orthogonal design, showing that different frost heave amounts appear in different combinations of factors and levels. The frost heave ratio of most graded crushed rock samples is small when water content is 5%, and it exceeds 1% when water content is above 7%. The temperature field, frozen depth, frost heave deformation process and water content distribution in sample after freezing are analyzed. It is found that the water content is greater than the initial water content at the cold side, and is lower than initial water content at the warm side. Using the frost heave ratio as a reference sequence and other factors as comparison sequences, the correlation degrees among water content, fine content, compaction, temperature at cold side and frost heave ratio are analyzed with the gray correlation method. The results from this analysis indicate that water content produces the most significant effect on the frost heave ratio of graded crushed rock. The water content of graded crushed rock should be maintained below 5% in order to prevent frost heave development in the cold regions. 相似文献
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黄土的冻胀特性与土体的含水率、 土体的密度以及外部荷载关系密切。在室内对不同含水率、 不同密度的黄土试样施加不同荷载, 进行了冻胀试验研究。结果表明： 黄土试样的冻胀率随着荷载增加呈指数形式递减; 冻胀率在土样含水率越大时随干密度的变化越大; 在自由冻胀状态下, 冻胀率随干密度的变化较大, 施加荷载后随干密度的变化较小。在荷载水平较高时, 冻胀率随着含水率增大而增大, 但增加幅度相较于自由冻胀显著降低。对于密度相同、 作用荷载相同的土样, 含水率增大时冻胀率线性增大。黄土地区的冻胀影响因素中, 荷载、 含水率、 干密度对冻胀影响是依次减小的。对不同含水率、 不同干密度以及不同作用荷载条件下的黄土冻胀试验结果进行拟合, 得到了可综合考虑含水率、 干密度和荷载的冻胀预报模型。 相似文献
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基于季节冻土微观结构特征的神经网络冻胀率仿真预测 总被引：1，自引：1，他引：0
为了寻求基于宏观-微观物理参数间接得到季节冻土冻胀率的途径, 根据现有技术手段容易测试到土的性质参数, 利用BP神经网络法对季节冻土冻胀率进行预测. 选取微观孔隙参数及结构单元体参数各4个、 外部条件参数3个共11个参数, 建立季节冻土冻胀率神经网络预测模型. 结果表明: 在33个检验样本中, 误差最大为0.19, 最小为0.00, 有4个样本的误差在0.1~0.19之间, 其他样本误差都在0.05以下, 占总样本数的88%, 说明模型能反映冻胀变化的基本趋势. 因此, 文中建立的基于11个宏观微观物理参数的BP神经网络冻胀率预测模型是可行的. 相似文献
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EPS颗粒改良土作为寒区路基填料的抗冻性能研究 总被引：1，自引：1，他引：0
为研究EPS颗粒改良土作为寒区路基填料的抗冻性能,以冻胀率及割线模量为评测指标对改良土的抗冻性能进行了测试分析。通过冻胀率试验,获得了不同EPS颗粒掺量下冻胀率与冻融循环次数的关系。通过不同围压下的室内三轴试验,获得了改良前后土体割线模量随冻融循环次数增加的衰减规律,据此定义了无量纲单位残余割线模量比并建立了其与冻胀率的关系。结果表明：EPS颗粒的掺入对改良土的抗冻性能有明显的提升,有效地降低了改良土的冻胀率,随着EPS掺量增加,冻胀率逐渐减小,二者大致呈指数关系。冻胀率在冻融的初期发展较快,后期趋于平缓。改良后割线模量的衰减有大幅度的降低,割线模量随着冻融循环次数增加而逐渐减小,残余割线模量比与冻胀率之间近似呈二次抛物线关系。利用灰色理论可以对改良土割线模量的衰减规律进行预测,模型预测结果精度较高,可以作为路基工程冻害防治的参考。 相似文献
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粉砂土反复冻胀融沉特性试验研究 总被引：3，自引：0，他引：3
针对深季节冻土区的特殊环境,通过室内试验研究了粉砂土在不同初始含水率、干密度、荷载、冻融次数条件下的反复冻胀、融沉特性。研究结果表明：粉砂土的冻结温度为-1.03 °C;其冻胀融沉变形随冻融次数的增加呈现波浪式起伏变化,并最终趋于稳定状态;经历多次冻融后,干密度较大试样整体表现为膨胀,干密度较小试样整体表现为压密;上部荷载在抑制冻胀的同时加大了试样的整体融沉变形,却降低了每次冻融的冻胀率和融沉系数;存在一个最优初始含水率,该含水率条件下,试样经历多次冻融后的高度不发生变化;由于外界水源的补给,冻融后试样内部含水率均大于初始含水率;干密度和顶端荷载的增大均有效地抑制了外界水源的补给;4次冻融循环后,粉砂土的冻胀率、融沉系数均逐渐趋于稳定。 相似文献
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隧道冻胀力是引起隧道冻害的主要原因之一，隧道冻胀力主要由围岩不均匀冻胀引起。裂隙的存在会对岩体不均匀冻胀产生进一步影响，因此推导了岩体不均匀冻胀系数 的计算公式，并获得岩体不均匀冻胀系数 的相关规律。（1）岩体不均匀冻胀系数随裂隙与冻结方向的夹角? 的增大而增大。（2）温度梯度增加，岩体的不均匀冻胀系数 增加，岩体的不均匀冻胀性增强。（3）裂隙率对岩体不均匀冻胀的影响需要考虑到裂隙与温度梯度夹角?，当裂隙与温度梯度的夹角? 较小时，岩体不均匀冻胀系数 随裂隙率的增加而减小；当裂隙与温度梯度的夹角? 较大时，岩体不均匀冻胀系数 随裂隙率的增加而增大。（4）裂隙对岩体不均匀冻胀的影响程度与岩体的岩性有关，裂隙对孔隙率小的岩体影响较大。根据推导的裂隙岩体不均匀冻胀系数计算公式，计算得到了不同岩性不同级别含裂隙围岩的不均匀冻胀系数范围，从而，在寒区隧道设计中可以更精确地计算隧道围岩作用于衬砌上的冻胀力，对寒区隧道工程的设计具有重要作用，对路基、边坡等寒区工程冻胀力的研究也可起到推动作用。 相似文献
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为了研究冷端温度、土质和补水压力对土体冻胀影响的强弱以及现行评价土体冻胀敏感性的方法在土体有压补水冻结时的适用性,开展了三因素三水平的冻胀正交试验。基于灰色关联度法得到的结果表明,影响土体冻胀率的因素由强到弱依次为补水压力、冷端温度和土质。补水压力、冷端温度与冻胀率的关联度较大,土质与冻胀率的关联度较小。在较高的补水压力作用下,非冻胀敏感性的砂类土产生了明显的冰透镜体,且部分砂类土的冻胀率超过了黏质土的冻胀率。发现仅凭细粒含量评价水压作用下砂类土的冻胀敏感性存在缺陷,应根据土体所处的实际环境进行综合评估。通过讨论冻胀敏感性、融沉敏感性与冻害敏感性之间的关系,提出受水压影响的寒区工程构筑物须通过设置隔水和排水设施以及使用换填法来综合防治冻害的方法,可为相关工程的设计及安全运营提供参考。 相似文献
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改变边界温度和土样高度,对饱和粉土进行了冻结试验,研究其水分迁移、水分重分布、冻胀和冰透镜体的发展规律。试验结果表明：当温度稳定时,水分持续迁移到冻结锋面附近,含水率急剧增大,易形成冰透镜体。饱和粉土冰透镜体几何形态较为规则,无枝状交叉结构,已冻土为整体状且无网状裂隙。冻结过程中存在起始冻胀时间,在起始冻胀时间之前,土中水分被排出,冻胀发生之后水分补给到冻土中,且补给水分产生的冻胀量和总冻胀量数值接近。土样高度影响水分迁移量和冻胀量,土样越高,冻胀量越小,冻土含水率增量越小,但水分增量分布区域越分散,且起始冻胀时间越长。 相似文献