膨脹土裂隙演化三維分布特征及微觀結(jié)構(gòu)分形規(guī)律研究

汪為巍，1981年11月生，安徽人，博士。2014年7月畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所巖土工程專業(yè)，獲博士學(xué)位；2014年至今任武漢輕工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院專業(yè)教師。主要從事特殊土力學(xué)性質(zhì)與工程災(zāi)害防治相關(guān)領(lǐng)域的教學(xué)和科研工作，主持及參與各類基金項(xiàng)目十余項(xiàng)（其中國(guó)家自然科學(xué)基金一項(xiàng)），先后發(fā)表論文30余篇。

1 緒論

1．1 研究的背景與意義

1．2 膨脹土的裂隙性與結(jié)構(gòu)特征研究

1．3 分形幾何在土體微結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用

1．4 裂隙膨脹土滲流特性研究

1．5 主要研究?jī)?nèi)容

2 南陽(yáng)膨脹土平面裂隙發(fā)育規(guī)律

2．1 引言

2．2 試驗(yàn)土樣與研究方法

2．3 膨脹土平面裂隙圖像處理

2．4 試樣均勻性對(duì)裂隙發(fā)育的影響

2．5 裂隙發(fā)育的溫度敏感性

2．6 裂隙發(fā)育的尺寸效應(yīng)

2．7 原狀土樣試件表面裂隙發(fā)育形態(tài)研究

2．8 重塑土樣試件與原狀土樣試件表面裂隙比較

2．9 本章小結(jié)

3 南陽(yáng)膨脹土裂隙三維空間分布特征

3．1 引言

3．2 裂隙膨脹土工業(yè)三維CT掃描試驗(yàn)

3．3 重塑膨脹土裂隙發(fā)育過(guò)程CT掃描與空間分布特征分析

3．4 本章小結(jié)

4 膨脹土干縮開(kāi)裂微觀結(jié)構(gòu)變化特性

4．1 引言

4．2 原狀土樣微觀試驗(yàn)

4．3 不同初始含水率相同壓實(shí)度重塑膨脹土樣微觀試驗(yàn)

4．4 不同壓實(shí)度相同初始含水率重塑膨脹土樣微觀試驗(yàn)

4．5 不同脫濕環(huán)境下重塑膨脹土樣微觀試驗(yàn)

4．6 壓汞試驗(yàn)?zāi)Ｐ头治?

4．6 本章小結(jié)

5 微觀試驗(yàn)數(shù)據(jù)分形研究

5．1 壓汞試驗(yàn)結(jié)果分形模型與計(jì)算方法

5．2 壓汞試驗(yàn)分形維數(shù)計(jì)算

5．3 掃描電鏡試驗(yàn)結(jié)果分形研究

5．4 本章小結(jié)

6 膨脹土裂隙擴(kuò)展規(guī)律定量試驗(yàn)研究

6．1 引言

6．2 相同初始狀態(tài)重塑膨脹土裂隙擴(kuò)展及油滲試驗(yàn)

6．3 不同壓實(shí)度膨脹土裂隙擴(kuò)展及油滲試驗(yàn)

6．4 不同初始含水率膨脹土裂隙擴(kuò)展及油滲試驗(yàn)

6．5 本章小結(jié)

7 南陽(yáng)裂隙膨脹土室內(nèi)降雨入滲試驗(yàn)研究

7．1 引言

7．2 土水特征曲線的測(cè)定

7．3 相同初始狀態(tài)膨脹土不同裂隙發(fā)育程度室內(nèi)降雨入滲試驗(yàn)研究

7．4 不同壓實(shí)度裂隙膨脹土室內(nèi)降雨入滲試驗(yàn)

7．5 不同初始含水率裂隙膨脹土室內(nèi)降雨入滲試驗(yàn)

7．6 本章小結(jié)

8 裂隙膨脹土雙重孔隙介質(zhì)滲流模型

8．1 引言

8．2 不考慮裂隙的飽和-非飽和滲流

8．3 裂隙膨脹土雙重孔隙介質(zhì)滲流模型概述

8．4 裂隙膨脹土降雨入滲

8．5 本章小結(jié)

9 結(jié)論與展望

9．1 結(jié)論

9．2 應(yīng)用前景和展望2100433B

《膨脹土裂隙演化三維分布特征及微觀結(jié)構(gòu)分形規(guī)律研究》以膨脹土邊坡開(kāi)裂變形和失穩(wěn)為背景，以南陽(yáng)膨脹土為研究對(duì)象，通過(guò)數(shù)碼攝影結(jié)合數(shù)字圖像處理方法研究膨脹土平面裂隙擴(kuò)展的規(guī)律，同時(shí)通過(guò)CT掃描試驗(yàn)研究膨脹土裂隙的三維擴(kuò)展規(guī)律，采用油滲的方法間接定量分析膨脹土內(nèi)部裂隙的擴(kuò)展規(guī)律，并采用壓汞法（MIP）和掃描電子顯微鏡分析法（SEM）相結(jié)合的方法研究南陽(yáng)膨脹土脫濕干燥后微結(jié)構(gòu)變化，分析其微觀機(jī)理，利用分形理論和分形模型對(duì)壓汞試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分形維數(shù)計(jì)算，利用分形維數(shù)對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律進(jìn)行研究和分析，進(jìn)行膨脹土裂隙發(fā)育、滲流的綜合性室內(nèi)試驗(yàn)，深入研究裂隙膨脹土的滲透特性，揭示膨脹土裂隙性的作用機(jī)制及工程效應(yīng)，以期為膨脹土邊坡災(zāi)害評(píng)估及坡面防護(hù)理論與設(shè)計(jì)提供依據(jù)或參考，借鑒多孔介質(zhì)滲流的雙重孔隙模型建立考慮裂隙作用的膨脹土滲流模型及其參數(shù)確定方法，深入認(rèn)識(shí)裂隙對(duì)膨脹土滲流特性的影響，為膨脹土邊坡變形、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、災(zāi)害預(yù)測(cè)提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

裂隙間距的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，就是記錄掃描線上長(zhǎng)度≥0.5cm的間距值。為了在同等條件下進(jìn)行D與RQD相關(guān)分析，則以等長(zhǎng)度2m為準(zhǔn)計(jì)算RQD。

通過(guò)掃描線測(cè)量間距值的相對(duì)累積頻率可以看出，在較小值處保持較好的線性度，因此，如此測(cè)定的分形維數(shù)是針對(duì)一定范圍而言的。分形維數(shù)分析表明，裂隙間距的空間分布顯示出多重尺度的分形結(jié)構(gòu)，為不均勻分形系統(tǒng)。換言之，在裂隙群集內(nèi)有群集。分形譜表明裂隙組間的裂隙作用。

確定裂隙狀巖體內(nèi)裂隙密度的橫向變化的目的，是為疏干裂隙水而設(shè)計(jì)高效水平疏干孔。 當(dāng)巖體經(jīng)受多重裂隙作用時(shí)，由于先前裂隙的存在，局部構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的復(fù)雜變化可能引起裂隙作用的不均勻性。巖石力學(xué)性質(zhì)變化在很大程度上決定于巖體內(nèi)不均勻且局限的節(jié)理 。

青年基金項(xiàng)目對(duì)裂隙發(fā)展及其對(duì)土體強(qiáng)度影響規(guī)律進(jìn)行了定量化研究，結(jié)果顯示，膨脹土中裂隙分布具有明顯的方向性，土體工程力學(xué)性質(zhì)也因此呈現(xiàn)出各向異性特征。初步滲氣試驗(yàn)結(jié)果表明，滲透性不僅能反映裂隙發(fā)育程度，也可表征裂隙的各向異性特征。要真正搞清裂隙對(duì)膨脹土性質(zhì)的影響規(guī)律，深入研究裂隙分布的各向異性是前提和基礎(chǔ)。本項(xiàng)目擬改進(jìn)和完善現(xiàn)有測(cè)試手段和方法，采用CT法和電（導(dǎo)）法，在現(xiàn)場(chǎng)和室內(nèi)進(jìn)行膨脹土裂隙觀測(cè)試驗(yàn)，研究裂隙的空間分布各向異性特征及演化規(guī)律；進(jìn)行滲氣和滲水試驗(yàn)，建立反映膨脹土裂隙各向異性的孔隙分布模型，結(jié)合數(shù)值模擬手段，分析裂隙形態(tài)及分布對(duì)土體滲透性各向異性特征的影響機(jī)理和規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)合理論研究，定量地揭示膨脹土裂隙各向異性特征及其影響的相關(guān)規(guī)律，是本項(xiàng)目的特色和創(chuàng)新之處。本項(xiàng)目的研究將有助于加深對(duì)膨脹土特性的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步豐富特殊土研究理論和方法，也有助于膨脹土工程合理處置措施的選擇。

研究含二維和三維單體或多條裂隙巖樣在無(wú)水和有壓水時(shí)三軸應(yīng)力條件下巖橋破裂貫通機(jī)制、研究不同參數(shù)錨固對(duì)上述試件裂隙擴(kuò)展的抑制效應(yīng)。用流形元等方法模擬裂隙擴(kuò)展。建立反應(yīng)裂隙巖體破裂效應(yīng)的固流耦合斷裂損傷分析模型，應(yīng)用理論研究成果分析實(shí)際工程的穩(wěn)定性和滲流場(chǎng)變化。這對(duì)水利、礦山等工程穩(wěn)定性及滲流效應(yīng)有重要理論及實(shí)際意義。 2100433B