水下天然沉积物中的气泡对沉积物的强度有削弱作用,是临水建筑物保持稳定的潜在隐患,若从土中逸出,则成为温室气体的主要来源之一。因此研究气泡从沉积物中的逸出具有重要的意义,而关于气泡的形状的研究则是研究气泡逸出过程的前奏。由于土体是不透明介质,无法直接观察沉积物中气泡存在的形态。人工合成的透明土可用于模拟天然的岩土体,同时兼具透明的特性,这为直接观察土中的气泡形状提供了便利。为此,本文选用LaponiteRD透明土作为天然软黏土的替代材料,针对软黏土中气泡的形态进行试验观测与理论分析,研究内容主要包括如下三个方面:(1)针对LaponiteRD透明土,进行了渗透试验、固结试验、直接剪切试验和固结不排水三轴压缩剪切试验,测定了 LaponiteRD透明土的基本物理力学指标,并将试验结果与天然黏土进行了比较。(2)以LaponiteRD透明土作为试验材料,制备了不同强度的人工透明黏土,通过可控制气体流量的注气设备往透明土体中注入气体,用DV摄影机拍摄气泡生成、扩大和上升的过程,用图像处理软件对所得到的图像进行分析处理,得到不同强度土体中气泡的形态参数。(3)基于Katsman etal(2015)的理论方法,建立了黏性土气泡形状的理论计算方法,基于气泡压力、注气量等监测数据,提出了土体临界断裂强度因子、临界气泡长度等关键参数的计算方法,并利用透明土中气泡形状的观测结果验证了理论计算方法的正确性。本文的创新点包括:(1)利用透明土作为试验材料,直接观察到了人工透明黏土中气泡的形状;(2)提出了基于气泡压力、注气量等监测数据计算气泡形状,以及临界断裂强度因子、临界气泡长度等关键参数的方法。