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众所周知,土的宏观力学性质受其微观结构控制,要查清微观结构对宏观力学性质的影响作用,首先必须查明两者之间的相关关系。本文通过电镜扫描获取黄土微结构图像并利用IPP软件对其微结构参数进行提取,之后从定性和定量两个方面研究了不同纬度地区马兰黄土的微结构特征变化规律,最后探讨了马兰黄土微结构参数与力学参数的相关关系。得到以下结论:
马兰黄土微结构特征随纬度降低呈现规律性的变化。颗粒形状从棱角状和半棱角状过渡到磨圆状和半磨圆状;土颗粒的排列方式由支架排列逐渐转变为镶嵌排列和分散分布;颗粒间的接触方式由直接点接触、直接面接触逐渐转化为间接点胶结、间接面胶结;土体中大孔隙的数量占比逐渐减少,中小微孔隙数量占比逐渐增加;土体内的孔隙形状由多边形孔隙、袋状孔隙为主逐渐过渡到以三角形孔隙、圆形孔隙为主;土体内孔隙的连通性由贯通性孔隙和连通性孔隙逐渐过渡到低纬度地区的粒间孔隙和粒内孔隙;土体内胶结物的附着方式由斑状胶结物、薄膜状胶结物逐渐过渡到填隙状胶结物和聚集状胶结物;黄土的胶结类型由斑状胶结、接触胶结逐渐过渡到填隙胶结、半团聚状胶结和团聚状胶结;微结构类型由支架排列直接点接触结构、支架排列直接面接触结构、支架排列斑状胶结结构、支架排列接触胶结结构逐渐过渡到镶嵌排列斑状胶结结构、镶嵌排列面胶结结构、分散分布半聚集状胶结结构、分散分布聚集状胶接结构。并依据纬度变化建立了支架类、镶嵌类、分散分布三类微结构模型,并认为颗粒的排列方式和胶结物质含量变化是造成土体内多种微结构并存的关键。
黄土微结构定量结果表明随着纬度降低,孔隙面积率逐渐降低,大孔隙数量和面积占比逐渐降低,中小孔隙数量和面积率逐渐增高;圆形孔隙数量和面积占比逐渐增高,不规则孔隙和细长孔隙数量和面积占比逐渐降低,且小孔隙多为圆形孔隙,中孔隙以不规则孔隙和长条形孔隙为主;土体内的孔隙圆度参数呈现逐渐增高的趋势;延伸率0.2-0.8部分在数量和面积部分变得更加的均匀,孔隙总体呈现长条状,这也说明孔隙间形状差别逐渐降低;而通过分形维数参数可以看出孔隙轮廓的规则程度增加。
黄土微结构参数与力学参数相关性分析结果表明土体的颗粒级配、颗粒平均粒径、颗粒圆度等微结构参数与黄土的抗剪强度参数密切相关,土体的孔隙面积率、孔隙形状等微结构参数与土体的压缩系数密切相关。
马兰黄土微结构特征随纬度降低呈现规律性的变化。颗粒形状从棱角状和半棱角状过渡到磨圆状和半磨圆状;土颗粒的排列方式由支架排列逐渐转变为镶嵌排列和分散分布;颗粒间的接触方式由直接点接触、直接面接触逐渐转化为间接点胶结、间接面胶结;土体中大孔隙的数量占比逐渐减少,中小微孔隙数量占比逐渐增加;土体内的孔隙形状由多边形孔隙、袋状孔隙为主逐渐过渡到以三角形孔隙、圆形孔隙为主;土体内孔隙的连通性由贯通性孔隙和连通性孔隙逐渐过渡到低纬度地区的粒间孔隙和粒内孔隙;土体内胶结物的附着方式由斑状胶结物、薄膜状胶结物逐渐过渡到填隙状胶结物和聚集状胶结物;黄土的胶结类型由斑状胶结、接触胶结逐渐过渡到填隙胶结、半团聚状胶结和团聚状胶结;微结构类型由支架排列直接点接触结构、支架排列直接面接触结构、支架排列斑状胶结结构、支架排列接触胶结结构逐渐过渡到镶嵌排列斑状胶结结构、镶嵌排列面胶结结构、分散分布半聚集状胶结结构、分散分布聚集状胶接结构。并依据纬度变化建立了支架类、镶嵌类、分散分布三类微结构模型,并认为颗粒的排列方式和胶结物质含量变化是造成土体内多种微结构并存的关键。
黄土微结构定量结果表明随着纬度降低,孔隙面积率逐渐降低,大孔隙数量和面积占比逐渐降低,中小孔隙数量和面积率逐渐增高;圆形孔隙数量和面积占比逐渐增高,不规则孔隙和细长孔隙数量和面积占比逐渐降低,且小孔隙多为圆形孔隙,中孔隙以不规则孔隙和长条形孔隙为主;土体内的孔隙圆度参数呈现逐渐增高的趋势;延伸率0.2-0.8部分在数量和面积部分变得更加的均匀,孔隙总体呈现长条状,这也说明孔隙间形状差别逐渐降低;而通过分形维数参数可以看出孔隙轮廓的规则程度增加。
黄土微结构参数与力学参数相关性分析结果表明土体的颗粒级配、颗粒平均粒径、颗粒圆度等微结构参数与黄土的抗剪强度参数密切相关,土体的孔隙面积率、孔隙形状等微结构参数与土体的压缩系数密切相关。