循环加载下碎石层细观孔隙结构演化分析

列车荷载作用下路基翻浆冒泥的实质是路基土体细颗粒迁移,细颗粒迁移会改变路基上覆碎石层孔隙结构,影响上覆碎石层力学及水力学性质。为此,采用自主研发的路基翻浆冒泥试验模型进行试验,结合X射线计算机断层(computed tomography, CT)扫描技术,分析循环荷载作用下路基土体细颗粒迁移对上覆碎石层细观孔隙结构的影响。结果表明:循环荷载作用下,碎石层孔隙的压缩作用及路基土体细颗粒迁移至碎石层的堵塞作用,不仅改变碎石层面孔隙率的分布特性,还减小碎石层孔隙率及孔隙连通度;孔隙尺寸分布特性不受加载影响,加载前后,碎石孔隙均呈现小孔隙多、大孔隙少的特点,孔隙分布特征曲线满足对数正态分布,但随着循环荷载的施加,碎石层内孔隙总数量减小;孔隙的形状参数(细长比和扁平度)均呈正态分布,细长比随循环荷载作用次数无明显变化规律,而加载后碎石层孔隙扁平度的分布更加均匀;碎石层孔隙具有明显的分形特性,加载前孔隙三维分形维数为2.40~2.50,随着循环荷载的施加,孔隙三维分形维数逐渐减小。

电渗作用下软土细观孔隙结构

软土细观孔隙结构变化是其宏观变形的根本原因。为了探索电渗中软土细观孔隙结构变化以及与宏观变形之间的关联机制,采用杭州软土开展电渗试验,监测了电渗中土体孔隙结构分布特征和含水量,从定性和定量两个方面对试验结果进行分析。研究发现,电渗过程中,粘土颗粒重新排列形成面面接触的片堆结构,土体孔隙比降低,孔隙空间形态变光滑,结构复杂性减弱。通过含水量计算所得孔隙比较实测孔隙比小,说明电渗排水量大于土体收缩量,这是因为,电渗本质为离子带动水分子的迁移,不能直接引起土骨架压缩。实际工程中,电渗法应与堆载、真空预压等联合使用。

基于模拟退火算法重构土体细观孔隙结构研究

土体的细观孔隙结构非常复杂,且对其渗流特性有着重要的影响.为了研究土体的细观孔隙特征及流体在土体孔隙内流动的详细信息,基于土体CT扫描的切片图像,采用数字图像处理技术提取出土体的孔隙率及孔隙的两点自相关函数.根据孔隙率随机生成了土体的细观孔隙结构,然后将土体孔隙的两点自相关函数作为目标函数,采用模拟退火算法对重构土体的细观孔隙结构进行优化运算,从而得到了与真实土体孔隙结构特征相似的细观模型.最后,联合用于多孔介质细观渗流数值模拟的格子Boltzmann方法,对重构土体模型进行了渗流场的数值计算,计算结果表明:土体在渗流过程中主要沿着孔隙连通性较好的通道进行,在局部封闭的孔隙内渗流流速较小,且最大渗流流速通常发生在整体贯通通道的较窄部位.