天津軟土微觀結(jié)構(gòu)下的分形研究

董佳祺 李傲笛 楊權(quán)權(quán) 張佳園 李 會(huì) 赫占麒

（吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院， 吉林 長(zhǎng)春 130114）

0 引言

經(jīng)濟(jì)技術(shù)快速發(fā)展，土地資源日益緊張，臨海地區(qū)圍海造陸工程刻不容緩。海底泥漿及大量淤泥在高壓作用下吹填至圍堰上，經(jīng)過(guò)后期的沉積作用形成吹填土。吹填土具有典型軟土的工程地質(zhì)特性，高孔隙比、高含水量、高壓縮性、低強(qiáng)度等不良的地質(zhì)特征。從微觀角度分析不同性質(zhì)軟土在壓縮固結(jié)后的特征，基于分形理論，利用WD-5圖像處理技術(shù)對(duì)試樣定量分析，主要表明200kpa固結(jié)力作用前后土體的分形維數(shù)及相同壓力影響下不同土體的分形維數(shù)，分析分形維數(shù)與軟土性質(zhì)直接的關(guān)系。

1 土體的基本性質(zhì)

對(duì)于土體顆粒分析現(xiàn)行規(guī)范使用試驗(yàn)方法為篩分法結(jié)合靜水沉降法，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得出表1，由試驗(yàn)結(jié)構(gòu)可知加入分散劑后粉粒組含量減少，粘粒組含量增加，這是由于粘粒與粘粒及粉粒直接形成的具有一定抗水性能的“團(tuán)粒”，在加入分散劑后，團(tuán)粒分散，粘粒含量增大。根據(jù)國(guó)土資源部分類標(biāo)準(zhǔn)對(duì)土定名分別為淤泥質(zhì)粘土，粉質(zhì)粘土和粉砂。

圖1 天津軟土的顆粒分布曲線

2 微觀結(jié)構(gòu)的孔隙分形特征

進(jìn)行室內(nèi)壓縮試驗(yàn)，采用200kPa的固結(jié)壓力分別對(duì)土樣進(jìn)行壓縮，得到壓縮后試樣，對(duì)未壓縮和壓縮后的三組試樣進(jìn)行了掃描電鏡試驗(yàn)，根據(jù)分形特征的原理，采用形態(tài)分維和計(jì)盒分維兩種方法對(duì)試驗(yàn)土體的孔隙分維進(jìn)行計(jì)算分析，分析數(shù)據(jù)見表1。

由表1可見孔隙的形態(tài)分維集中在1.18~1.20之間，變化較小。同為天津軟土，由于其礦物含量及粒度含量不同，分形維數(shù)略有差別。相對(duì)來(lái)說(shuō)粘粒含量較多、含水量較高、孔隙比較大的淤泥質(zhì)粘土分形維數(shù)較大，隨著孔隙比增大、粘粒含量增多，分形維數(shù)增大。壓縮前后對(duì)比，壓縮后試樣分維數(shù)略有增大，隨著壓縮固結(jié)，孔隙水壓力逐漸消散，有效應(yīng)力逐漸增大，鹽分隨水分流出，結(jié)構(gòu)單元體相對(duì)變得密實(shí)，土中小孔隙含量增多，整體的復(fù)雜性增強(qiáng)。

表1 孔隙的分形維數(shù)

3 結(jié)論天津地區(qū)軟土的微觀孔隙在形態(tài)和平面分布兩方面存在著自相似的分形特征。

孔隙的形態(tài)分維數(shù)分布在1.18~1.20之間，計(jì)盒分維數(shù)分布在1.53~1.58，表現(xiàn)出隨著孔隙比的增大、粘粒含量的增多，分維數(shù)增大，孔隙相對(duì)較小。壓縮固結(jié)前后試樣對(duì)比表現(xiàn)出，壓縮后土體變密實(shí)，隨著孔隙水壓力的消散，有效應(yīng)力的增大，土體內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，分維數(shù)增大。

[1]杜東俊, 楊愛武, 劉舉等. 天津?yàn)I海吹填土[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2010.

[2]楊靜. 高粘粒含量吹填土加固過(guò)程中結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的模擬試驗(yàn)研究[D]. 吉林大學(xué), 2009.

[3]牛岑岑，王清，譚春，等.吹填土滲流固結(jié)過(guò)程微觀結(jié)構(gòu)的分形特征[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2012,47（1）：78-83.