《結合水對軟粘土力學行為的控制作用與機理》是依託吉林大學，由王常明擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：結合水對軟粘土力學行為的控制作用與機理
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王常明
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
結合水對軟粘土的力學行為具有控制作用。已有成果表明，這種控制作用的機制尚未明確，結合水性質與軟粘土變形與強度特性之間的關係研究尚未真正開展起來。課題擬在前人研究成果的基礎上，以工程地質學、土質學、土力學、粘土礦物學等理論為指導，採用“現場調查—試驗測試—機制探索—模型建立—分析評價”的研究思路，綜合運用先進的測試技術、非線性相關分析方法、PFC數值模擬手段，對我國沿海和內陸地區幾種典型的不同成因的軟粘土，開展結合水特性及其與力學特性的相關性與機理的研究。探索土中結合水與土顆粒的作用機制，提出結合水的類型界定與表征方法；研究結合水對軟粘土的基本力學性質、固結蠕變、長期強度的控制作用和機理，建立軟粘土結合水與其變形、強度之間的量化關係模型。旨在揭示軟粘土變形與強度的本質，從而建立更為精細的軟粘土變形與強度的計算模型，豐富土力學的計算理論，為軟土性質的改良與軟土地基工程設計提供科學的理論依據。
結題摘要
結合水具有複雜的物理化學特性，對粘土物理水理性質、變形與強度特性具有重要影響。結合X射線衍射法（XRD）、X射線螢光光譜分析（XRF）、掃描電子顯微鏡（SEM）、容量瓶、等溫吸附、熱失重（TGA）、高壓固結、三軸剪下、蠕變試驗等技術手段，從巨觀和微觀兩個層面，採取試驗測試、理論分析和數值模擬的途徑，研究了不同地區軟粘土中結合水的特性，提出了軟粘土結合水分類和表征方法。採用PFC模擬顆粒與結合水的作用過程，明確結合水對土的力學行為的控制作用及機理。採用非線性相關分析方法，建立軟粘土基於結合水特性的變形與強度的量化計算模型。結果表明：軟粘土細小孔隙密布，為結合水的分布提供了空間，造成其結合水含量高而自由水含量少。軟粘土吸附等溫線分為三個不同階段，其吸附規律分別符合弗雷德里希模型、斯彼朗斯基模型和指數模型。在水氣平衡壓(p/ps)<0.9的條件下主要是強結合水的形成；在p/ps>0.9條件下吸附水含量明顯增大，弱結合水大量形成。結合水在200~250℃的條件下完全脫失。在p/ps＜0.98條件下，水合粘土強結合水的初始脫水溫度在87~92℃；當溫度接近60℃時，弱結合水開始釋放，並在90~108℃條件下被完全除去；毛細水和自由水在60℃前脫失。水合粘土的比重隨吸附水含量線性下降。水合粘土的體積、吸附水的體積和水膜厚度隨吸附水含量均近似線性增加，p/ps＜0.9條件下顆粒表面結合水的密度在1.25-1.35g/cm3之間。軟粘土的壓縮係數隨著結合水含量的增大而增大，內摩擦角隨結合水含量增加而減小，粘聚力隨結合水含量的增加先增加後減小。次固結係數隨結合水含量增長而增長。粘滯係數隨結合水含量增長總體呈減小趨勢。長期強度指標C∞隨結合水含量增長呈減小趨勢或先增加後減小，φ∞隨結合水含量增加而減小。弱結合水在軟粘土蠕變過程中起主導因素。強結合水階段粘土顆粒之間摩擦力最大，隨著結合水量的累積，水膜的增厚，顆粒間結合水連線力在逐漸削弱，結合水膜的潤滑作用致使顆粒之間的摩擦力也在被減弱。上述研究深入探討了結合水對粘性土力學行為的影響作用，為精細計算軟粘土地基變形及穩定性提供理論依據。
