单位文秘网 2021-08-31 09:10:02 点击: 次
摘要:均质粘土也可看成有结构面(带)和结构体组成,对其变形破坏中的结构面(带)的演化研究可通过CT技术和SEM的动态观测试验来实现。
关键词:结构面(带)结构体粘土CTSEM
中图分类号:TU41文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)03(a)-0069-01
1 岩土体可看成由结构面和结构体组成
沈珠江院士于2000年建立结构性粘土的堆砌体模型时指出[1],天然粘土颗粒之间的胶结强度是不一样的,内部存在胶结比较弱的面或带,如像砖墙的灰缝或岩石的节理。荷载增大到一定程度后,薄弱处先发生破损,如像砖墙先沿灰缝发生裂缝一样。裂缝之间为保持完好的小块体或团粒。随着荷载的进一步增大,小土块再沿胶结比较弱的面或带逐步破裂成更小的土块。从这种分析可看出,土体中的结构面(带)在土体的变形破坏中扮演着极为重要的角色。
后来,沈珠江院士又进一步提出了岩土破损力学理论[2]。岩土破损力学理论认为,天然岩土材料与其他材料的根本不同点在于它的结构性,而形成结构性的根本原因在于胶结的不均匀性。胶结强的部位形成胶结块或结构块(体),胶结弱或无胶结的部位形成软弱带或结构面(带)。岩土材料的破坏过程正是胶结块逐步破损而软弱带逐步扩展的过程,或者说胶结块逐渐破损,并转化为软弱带,材料不断弱化。
对土体,结构性一般是指土体中的颗粒的形状、颗粒的排列、孔隙、颗粒的连接或胶结等。而这里土体和岩体一样,都是由结构体和结构面(带)组成的二元结构体,且其中的结构面(带)在土体变形破坏中发挥着重要作用。
岩土破损力学理论将土体的结构也简化成和岩体一样的二元结构体,这为结构性土体本构模型的建立开辟了新途径。实际上,现有的各种土体本构模型(计算模型)都是针对饱和扰动土或砂土(即重塑土)而发展起来的,未能真正地考虑实际的土体(原状土)的结构性,因而实际的工程计算结果难以模拟土体的实际状态,往往会出现较大计算误差,这种误差有时可能高达数十倍。所以,土力学的纵深发展关键在于结构性问题的解决。对此,沈珠江院士曾强调指出,土的结构性性的数学模型的建立是21世纪土力学的核心问题,这一问题的突破将意味着人们在深化土体力学的本质性认识方面完成第二次飞跃[3]。
可看出,土的结构性本构模型的建立有着重要的意义。在理论上,可以有效地摆脱连续介质力学的长期束缚,引起某些传统观点的改变。在实践方面,由于结构性本构模型的建立和应用,将极大地提高各种土力学问题的计算精度,从而提高工程勘察质量,防止或减少各类因工作失误造成的工程事故的发生和发展。
因此,必须加强建立在结构体和结构面二元介质体模型基础之上的岩土破损力学理论方面的研究。为了解决实际工程问题,岩土破损力学的最终目标是建立一种新的能反映细观和微观结构的宏观力学分析理论。但是,这一理论必须建立在对结构体变形和破损的真实过程有所了解的基础上,为此,除了宏观层次上进行研究以外,必须同时开展细观层次和微观层次的研究。因此,从宏观、细观和微观层次上开展土体变形破坏过程中结构面(带)演化的动态试验观测研究是很有必要的。
作者对岩土体结构面理论进行了较长时间的研究[4~11],发现对一般的土体如粘性土如何分析其结构面,一直使作者感到困惑。沈珠江院士在岩土破损力学理论中,将岩体和土体统一起来,都看作由结构体和结构面组成,使作者大受启发。对一般的粘性土,软弱带或结构面(带)也相对地存在着,往往带有抽象性,但一旦受到力的作用,这种软弱带或结构面(带)就会具体而明显地表现出来。这样,土体结构面的分析就可针对所有的土体,对土体结构面理论的研究就可继续深化,也就为土体中水的渗流、污染物的运移等的研究提供更多依据。
2 基于CT技术和SEM的动态观测试验研究
基于岩土破损力学理论中土体由结构体和结构面组成的二元介质模型,可以以CT技术和SEM为试验手段,对一般的粘性土试样进行受荷过程中结构面演化的动态观测。主要研究:(1)土体在变形破坏过程中,土体结构面(带)变化、发展的直观过程。具体来说要观测结构体或胶结块逐步破损,并向结构面(带)或软弱带转化的直观过程;及结构面或软弱带逐步扩展的直观过程。(2)在(1)的基础上发现出结构体或胶结块向结构面(带)或软弱带转化和结构面或软弱带扩展的演化过程与土体应力应变曲线即土体变形破坏的关系,进而为土体本构模型的建立提供依据。研究中的关键是结构面(带)演化的直观过程的准确观测。在试验过程中定到某一结构面或软弱带、及某一结构体或胶结块后,关键是从试样的开始加载直到破坏的整个过程中能对其进行跟踪,尤其是在扫描电镜下,因为扫描电镜放大的倍数大,跟踪定点较为困难。
参考文献
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[2]沈珠江,陈铁林.岩土破损力学-结构类型与荷载分担[J].岩石力学与工程学报,2004,23(13):2137~2142.
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