微納米尺度飽和細粒土孔隙結構及其巨觀力學效應

《微納米尺度飽和細粒土孔隙結構及其巨觀力學效應》是依託中山大學，由宋晶擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：微納米尺度飽和細粒土孔隙結構及其巨觀力學效應
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：宋晶
• 依託單位：中山大學

中文摘要

我國沿海地區飽和軟粘土分布較廣，無論吹淤造陸工程，還是地下空間改造利用，通常會存在排水通道淤堵、強度增長緩慢、地基土不均勻沉降或沉陷等工程問題或地質災害，這與其中含量較多的飽和細粒土的結構和性質密切相關。為此，本項目將“飽和細粒土”作為研究對象，圍繞“微觀結構”和“巨觀力學特徵”兩部分內容，將微小孔隙的“微納米尺度”特徵作為探討目標。通過過篩法和移液管法等技術製取飽和細粒土，綜合粒間吸力理論，考慮飽和細粒土在不同尺度效應和堆積方式中的微觀結構，確定合理的微納米孔隙測量尺度，建立微納米孔隙的結構特徵數據元，並實現多種條件下力學強度與變形的監測試驗與量化分析，探討飽和細粒土排水固結的強度增長過程中，微納米孔隙的發育規律與蠕變變形的量化關係，從微納米孔隙角度認識飽和細粒土固結機理，揭示不同尺度效應的飽和細粒土微納米孔隙結構及力學特徵，探索擾動狀態下孔隙發育過程的蠕變模型，完善細粒土微觀力學理論。

結題摘要

項目背景：沿海地區飽和軟粘土產生的工程問題較多，但固結過程的微納米孔隙結構引起蠕變變形對巨觀力學特性危害較大但常被忽視。傳統工程地質環境及土力學性質的研究中，如排水通道的淤堵、地基土的不均勻沉降和沉陷等變形破壞等，對沿海地區的機場、捷運、公路、鐵路、房屋等地基的危害極大，嚴重影響工程建設。 主要研究內容：本課題基於重塑的飽和細粒土進行研究，針對孔隙結構與巨觀力學效應的科學問題，通過飽和細粒土的物理試驗模擬、物理力學性質的室內測試分析、微觀結構樣品的製備和掃描、結構模型的數值計算和分析等研究過程，研究多尺度（納米-微米-毫米等跨越6個數量級的尺度）細粒土的多物質（孔隙、礦物、有機質等3或4組物質組分）結構特性及微巨觀量化關係。 重要結果：獲得微納米尺度孔隙結構的微巨觀特徵、獲得飽和細粒土微納米孔隙與環境因素的量化關係、飽和土體孔隙水壓力的定量解析、飽和細粒土巨觀力學特徵與微觀參數特徵的聯繫、實現飽和細粒土原狀樣品的微觀結構取樣技術、實現土體這類複雜材料的多物質鑑別和定量定性分析技術，實現多物質-原生礦物、次生礦物和有機質的三維定量結果，實現土體固結過程的結構演化表征，實現土體多物質材料組分的測試鑑別技術、多尺度結構連通性研發技術、微巨觀力學特徵對比的avizo建模、DCM建模理論及方法等。 關鍵數據：擾動樣品的三維模型數據源、基於DCM模型的聯通組分分析程式。 科學意義：本課題揭示了土體物質組分、結構和巨觀性質的相互制約作用，形成了一套土力學微巨觀分析方法，為進一步揭示地質體材料的微巨觀理論提供可行性的切入口。