《膨脹土龜裂的形成機理及其對工程性質的影響研究》是依託南京大學，由唐朝生擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：膨脹土龜裂的形成機理及其對工程性質的影響研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：唐朝生
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
膨脹土是一種典型的裂隙性土，在乾燥環境中很容易產生龜裂，從而對土體的工程性質產生重要影響，並導致各種工程問題。然而，看似簡單的龜裂現象卻具有非常複雜的發生髮展過程，其形成機理和內在本質一直是國內外學者面臨的難題，成為解決工程中膨脹土龜裂問題的主要障礙。本項目立足於膨脹土龜裂形成過程的動態特徵，採用試驗與理論分析相結合的方法，分別從土力學、土質學和土結構的角度對膨脹土龜裂的形成機理及其對工程性質的影響開展系統性研究。具體內容包括：膨脹土的水理性質及水分蒸發速率對龜裂形成和演化過程的控制作用；膨脹土龜裂形成過程中關鍵力學參數的發展規律；膨脹土巨觀龜裂現象與微觀結構特徵的內在聯繫；龜裂對膨脹土工程性質的影響及定量評價。該項目的開展為幫助人們從科學上進一步掌握膨脹土龜裂的本質規律提供理論基礎，對工程中膨脹土材料的合理利用、避免和防治膨脹土龜裂引起的工程問題具有重要指導意義。
結題摘要
本項目圍繞膨脹土龜裂發育過程及機理開展了系統的研究工作，結合裂隙網路量化方法和統計學理論，對裂隙性膨脹土工程性質的劣化規律進行了量化分析，在此基礎上，進一步探索了膨脹土龜裂抑制技術方法及抑制機理。主要學術成績有以下四個方面： 1、揭示了膨脹土龜裂發育過程的一般規律及機理：通過開展大量試驗，發現膨脹土龜裂發育過程主要有三個階段，即主裂隙發育階段、子裂隙發育階段和穩定階段，且新生裂隙總是垂直已有裂隙發育，裂隙夾角一般以90度為主，裂隙圍成的區塊以四邊形居多；研製了一套高精度土體抗拉強度測試裝置，同時獲得了膨脹土乾燥過程中吸力和抗拉強度兩個關鍵力學參數隨含水率的變化規律，確定了裂隙出現時對應的臨界力學指標，構建了膨脹土龜裂力學模型，進而結合土質學和土結構理論，揭示了膨脹土龜裂的形成機理。 2、初步建立了膨脹土龜裂定量分析體系：設計和研製了一整套膨脹土龜裂模型試驗系統，自主開發了國內外首套龜裂圖像定量分析系統CIAS，實現了土體內部裂隙發育過程的三維無損動態觀測，提出了基於統計學理論的龜裂定量分析方法，分別從試驗設備到專業軟體、從試驗方法到分析手段、從量度指標到評價模型等方面建立了膨脹土龜裂定量分析體系。 3、系統研究了膨脹土龜裂的主要影響因素：通過開展大量試驗，對影響膨脹土龜裂形成和發展過程的環境條件、土質條件和試驗方法等主要因素開展了系統研究，從水分蒸發速率和應力發展速率的角度闡明了溫度和相對濕度對龜裂發育過程的影響機理，揭示了膨脹土在不同乾濕階段裂隙的發育過程和形態特徵，掌握了土質學因素對膨脹土龜裂發育的主導作用，並證實了膨脹土龜裂的尺寸效應。 4、闡明了膨脹土龜裂發育與蒸發、收縮之間的關聯：確定了裂隙出現時對應的蒸發階段及其在各蒸發階段的發育特徵，得出大部分裂隙都在飽和階段形成的重要結論，弄清了蒸發特徵曲線與開裂特徵曲線的共性特點及關鍵臨界點的物理意義，建立了土體橫向收縮應變與表面裂隙率之間的定量關係，弄清了收縮特徵曲線與開裂特徵曲線的共性特點及關鍵臨界點的物理意義。 上述成果從科學上揭示了自然界土體乾縮開裂的本質規律，對乾旱氣候作用下膨脹土地區工程防災減災有重要現實意義。通過該項目研究，共發表學術論文40餘篇，其中SCI、EI收錄論文30餘篇，申請發明專利5項。
