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排水剪切状态下饱和软土微观接触面积演化规律试验研究

汇报人：

2024-01-21

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目录

引言

试验材料与方法

微观接触面积演化规律试验结果分析

微观接触面积演化规律机理分析

宏观力学性质与微观接触面积关系探讨

结论与展望

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引言

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通过研究微观接触面积的演化规律，可以为饱和软土的本构模型开发和工程应用提供理论支持。

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饱和软土广泛分布于我国沿海地区，其工程性质复杂，易受到剪切作用的影响。

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排水剪切状态下饱和软土的微观接触面积演化规律对于揭示其宏观力学行为具有重要意义。

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研究内容

制备不同初始状态的饱和软土试样，进行排水剪切试验。

采用先进的微观观测技术，如扫描电子显微镜（SEM）和压汞法（MIP），对剪切过程中的微观结构进行观测和分析。

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试验材料与方法

饱和软土

选用具有代表性且易于获取的饱和软土，如淤泥、淤泥质土等。

剪切盒设计

剪切盒通常采用矩形或圆形截面设计，内部填充饱和软土试样。剪切盒的上下两端设置有透水石和排水管道，以模拟排水条件。

加载系统

通过液压或气压等方式对剪切盒施加垂直荷载和水平剪切力，以模拟实际工程中的受力情况。

数据采集与处理

利用传感器和数据采集系统实时监测并记录剪切过程中的各项参数变化，如应力、应变、孔隙水压力等。通过对这些数据的处理和分析，可以揭示饱和软土在排水剪切状态下的微观接触面积演化规律。

按照试验要求制备饱和软土试样，控制其含水量、密度等物理指标。

试样制备

将制备好的试样放入剪切盒中，并安装好透水石、排水管道等附属设施。

剪切盒安装

对剪切盒施加预定的垂直荷载和水平剪切力，开始排水剪切试验。在试验过程中，保持对各项参数的实时监测和记录。

加载与剪切

对试验数据进行整理、处理和分析，提取出反映饱和软土微观接触面积演化规律的关键信息。

数据处理与分析

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微观接触面积演化规律试验结果分析

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随着排水剪切速率的增加，微观接触面积呈现先减小后增大的趋势。

在较低的剪切速率下，微观接触面积减小是由于土颗粒间的滑移和重新排列导致的。

当剪切速率增加到一定程度时，微观接触面积开始增大，这是由于土颗粒间的咬合和摩擦作用增强所致。

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随着法向应力的增加，微观接触面积呈现增大的趋势。

法向应力的增加使得土颗粒间的接触更加紧密，从而增大了微观接触面积。

此外，法向应力的增加还可能导致土颗粒间的破碎和重新排列，进一步增大微观接触面积。

随着饱和度的增加，微观接触面积呈现先增大后减小的趋势。

在较低的饱和度下，微观接触面积增大是由于水分子的润滑作用使得土颗粒间的接触更加紧密。

当饱和度增加到一定程度时，微观接触面积开始减小，这是由于水分子的阻隔作用导致土颗粒间的直接接触减少所致。

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微观接触面积演化规律机理分析

剪切作用下土颗粒位移

在排水剪切过程中，土颗粒受到剪切力的作用，发生相对位移，导致颗粒间的排列方式发生变化。

颗粒团聚体破裂与重组

剪切力作用下，原本团聚在一起的土颗粒团聚体可能破裂，释放出单个土颗粒，同时新的团聚体也可能在剪切过程中形成。

颗粒定向排列

随着剪切过程的进行，土颗粒可能沿着剪切方向形成定向排列，这种排列方式会影响土体的力学性质。

孔隙水压力变化

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在排水剪切过程中，孔隙水压力会随着剪切应变的发展而发生变化，这种变化会影响土体的有效应力状态。

有效应力对微观接触面积的影响

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有效应力是影响土体微观接触面积的重要因素之一。随着孔隙水压力的变化，有效应力也会相应调整，从而影响土颗粒间的接触面积。

微观结构变化与宏观力学响应

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孔隙水压力引起的微观结构变化会进一步影响土体的宏观力学性质，如抗剪强度和变形模量等。

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宏观力学性质与微观接触面积关系探讨

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通过图像处理技术获取土颗粒间接触面积，作为微观结构参数。

微观接触面积定义

02

通过统计分析方法，探讨剪切强度、体积变化等宏观力学性质与微观接触面积之间的相关性。

宏观力学性质与微观接触面积相关性分析

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基于宏微观试验结果，建立考虑微观接触面积演化的饱和软土本构模型。

本构模型建立

完善本构模型

考虑微观结构参数的本构模型能够更准确地描述岩土体的力学行为，为岩土工程设计和施工提供更加可靠的依据。

推动岩土工程学科发展

宏微观结合分析方法为岩土工程学科提供了新的研究思路和技术手段，有助于推动学科的发展和创新。

揭示岩土体变形机理

通过宏微观结合分析，可以更加深入地揭示岩土体在复杂应力环境下的变形机理和破坏过程。

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结论与展望

排水剪切过程中，饱和软土的微观接触面积随着剪切应变的增加而减小，表现出明显的剪缩现象。

微观接触面积的演化规律与宏观力学性质密切相关，能够反映软土的变形和强度特性。

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