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

《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》以膨脹土邊坡開裂變形和失穩(wěn)為背景，以南陽膨脹土為研究對象，通過數(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展的規(guī)律，同時通過CT掃描試驗研究膨脹土裂隙的三維擴展規(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)合的方法研究南陽膨脹土脫濕干燥后微結(jié)構(gòu)變化，分析其微觀機理，利用分形理論和分形模型對壓汞試驗數(shù)據(jù)進行分形維數(shù)計算，利用分形維數(shù)對微觀結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律進行研究和分析，進行膨脹土裂隙發(fā)育、滲流的綜合性室內(nèi)試驗，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制及工程效應(yīng)，以期為膨脹土邊坡災(zāi)害評估及坡面防護理論與設(shè)計提供依據(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，深入認識裂隙對膨脹土滲流特性的影響，為膨脹土邊坡變形、穩(wěn)定性評價、災(zāi)害預(yù)測提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

汪為巍，1981年11月生，安徽人，博士。2014年7月畢業(yè)于中國科學(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目十余項（其中國家自然科學(xué)基金一項），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 主要研究內(nèi)容

2 南陽膨脹土平面裂隙發(fā)育規(guī)律

2．1 引言

2．2 試驗土樣與研究方法

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

3．3 重塑膨脹土裂隙發(fā)育過程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

4．3 不同初始含水率相同壓實度重塑膨脹土樣微觀試驗

4．4 不同壓實度相同初始含水率重塑膨脹土樣微觀試驗

4．5 不同脫濕環(huán)境下重塑膨脹土樣微觀試驗

4．6 壓汞試驗?zāi)Ｐ头治?

4．6 本章小結(jié)

5 微觀試驗數(shù)據(jù)分形研究

5．1 壓汞試驗結(jié)果分形模型與計算方法

5．2 壓汞試驗分形維數(shù)計算

5．3 掃描電鏡試驗結(jié)果分形研究

5．4 本章小結(jié)

6 膨脹土裂隙擴展規(guī)律定量試驗研究

6．1 引言

6．2 相同初始狀態(tài)重塑膨脹土裂隙擴展及油滲試驗

6．3 不同壓實度膨脹土裂隙擴展及油滲試驗

6．4 不同初始含水率膨脹土裂隙擴展及油滲試驗

6．5 本章小結(jié)

7 南陽裂隙膨脹土室內(nèi)降雨入滲試驗研究

7．1 引言

7．2 土水特征曲線的測定

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

7．4 不同壓實度裂隙膨脹土室內(nèi)降雨入滲試驗

7．5 不同初始含水率裂隙膨脹土室內(nèi)降雨入滲試驗

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

裂隙間距的現(xiàn)場測量，就是記錄掃描線上長度≥0.5cm的間距值。為了在同等條件下進行D與RQD相關(guān)分析，則以等長度2m為準(zhǔn)計算RQD。

通過掃描線測量間距值的相對累積頻率可以看出，在較小值處保持較好的線性度，因此，如此測定的分形維數(shù)是針對一定范圍而言的。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)計高效水平疏干孔。 當(dāng)巖體經(jīng)受多重裂隙作用時，由于先前裂隙的存在，局部構(gòu)造應(yīng)力場的復(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 。

青年基金項目對裂隙發(fā)展及其對土體強度影響規(guī)律進行了定量化研究，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)。本項目擬改進和完善現(xiàn)有測試手段和方法，采用CT法和電（導(dǎo)）法，在現(xiàn)場和室內(nèi)進行膨脹土裂隙觀測試驗，研究裂隙的空間分布各向異性特征及演化規(guī)律；進行滲氣和滲水試驗，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)及分布對土體滲透性各向異性特征的影響機理和規(guī)律。試驗結(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，是本項目的特色和創(chuàng)新之處。本項目的研究將有助于加深對膨脹土特性的認識，進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水和有壓水時三軸應(yīng)力條件下巖橋破裂貫通機制、研究不同參數(shù)錨固對上述試件裂隙擴展的抑制效應(yīng)。用流形元等方法模擬裂隙擴展。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際工程的穩(wěn)定性和滲流場變化。這對水利、礦山等工程穩(wěn)定性及滲流效應(yīng)有重要理論及實際意義。 2100433B