软粘土的结合水对其次固结和长期强度的影响及机理研究

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1、本论文受国家自然科学基金面上项目“结构性软土蠕变-固结耦合机理及模型研究”(No.40572153)及吉林大学研究生创新基金资助项目“软粘土的结合水对其次固结和长期强度的影响及机理”（项目号：2014065）资助。II内容提要内容提要随着软土地区经济建设的蓬勃发展，大量大型、巨型的工程项目的兴建，软粘土的工程特性受到学者们高度重视。软粘土蠕变特性突出，这就意味着其不仅在建设过程中会产生变形，建筑物修建完成之后其变形仍在继续，加上软粘土强度随时间的衰减，无论从变形特性还是强度特性来看，软粘土的蠕变对建筑物的正常使用和长期稳定都存在着巨大威胁。软粘土中粘粒含量高，含有一定量氧化物及

2、有机质，当土颗粒遇水之后，水分子在其表面静电引力作用下发生极化，吸附在土颗粒周围，形成结合水层。已有研究成果指出结合水是软粘土蠕变特性的重要因素，而且在很大程度上也体现着物质成分对软粘土蠕变特性的影响，然而这种影响作用的机制尚未明确、结合水特性与软粘土变形与强度特性之间的关系尚未真正开展起来。基于此，本文结合国家自然科学基金面上项目“结构性软土蠕变-固结耦合机理及模型研究”（No.40572153）及吉林大学研究生创新基金资助项目“软粘土的结合水对其次固结和长期强度的影响及机理”（项目号：2014065），从宏观和微观两个层面，采取试验测试、理论分析和数值模拟技术，对结合水影响

3、下软粘土产生蠕变的过程及蠕变特性进行深入研究，对结合水影响软粘土的蠕变特性的机理进行深入探讨，涉及宏、细观土力学、土质学、工程地质学、数值模拟技术，是一个多学科交叉的研究课题。论文由八章内容构成。第一章介绍了论文的选题依据及研究意义，并对软粘土的蠕变问题、土中结合水、以及结合水对软粘土变形和强度特性的研究现状进行了总结，并提出了本文的技术路线与研究内容；第二章对上海、天津、苏州软粘土的工程地质特征、矿物成分、粒度成分、物理力学指标进行了测试，与国内外知名软土进行了对比分析，最后介绍了本文的试验方案；第三章进行了三个地区软粘土的压缩、固结-蠕变、剪切-蠕变试验，对其各自的蠕变变形

4、、强度特性进行了分析，并从结合水角度对三个地区软粘土的蠕变变形、强度特性进行了对比分析；第四章对三种软粘土在蠕变试验前后的微观结构进行了系统分析，得到了蠕变条件下软粘土微观结构参数的变化规律；第五章借助容量瓶法和等温吸附法两种测试方法对三个地区软粘土中吸附结合水量及吸附结合水类型界定进行详细研究，并得到了软粘土中结合水的各种细观参数及其随结合水量的变I吉林大学博士学位论文化过程；第六章对在不同结合水类型、含量下的三个地区重塑土样进行了大量固结-蠕变试验和剪切-蠕变试验，就结合水量及其赋存状态对软粘土的蠕变变形和长期强度影响机2D理进行了深入研究；第七章运用PFC程序从细观上对结

5、合水影响下软粘土的剪切-蠕变特性进行了深入探讨；第八章为本文的结论以及对进一步研究工作的几点思考。本文明确了结合水行为对软粘土次固结和长期强度的影响作用与机制，建立了结合水与次固结变形和长期强度之间的量化关系。对揭示软粘土变形与强度的本质、软土性质的改良、软土地基工程计算设计有着重要的意义。但由于作者水平有限，文中难免出现错误、纰漏，不足之处还请各位专家批评指正。II中文摘要中文摘要软粘土的结合水对其次固结和长期强度的影响及机理研究软粘土具有高压缩性，同时在荷载作用下其蠕变现象极为突出，若蠕变变形长期不能达到稳定，则将严重影响建筑物的正常使用。随着软土地区经济的飞速发展，大量大

6、规模建筑物的兴建使得软粘土地基的长期变形特性以及长期稳定性备受关注。已有研究成果指出结合水是影响软粘土蠕变特性的重要因素，而且结合水在很大程度上也体现着物质成分对软粘土蠕变特性的影响。因此，本文从结合水角度出发对软粘土的蠕变变形特性以及长期强度特性进行深入研究，就具有极其重要的理论意义和实际工程价值。选取上海三角洲相沉积软粘土、天津滨海相沉积软粘土以及苏州湖相沉积软粘土为研究对象。以工程地质学、土质学、土力学、粘土矿物学等理论为指导，对原状软粘土的物质组成、物理力学指标、蠕变特性和蠕变试验前后软粘土的微观结构进行了测试研究，并从结合水角度对三个地区软粘土的力学性质和蠕变性质进行

7、了对比分析；借助容量瓶法和等温吸附法对三个地区软粘土的结合水吸附量进行了测试，同时对其类型进行了界定，以此为基础进行了大量重塑土的蠕变试验，探讨了结合水对软粘土蠕变特性的影响机理，研究了结合水含量与次固结系数、粘滞系数和长期强度之间的量化关系；最后对结合水影响下软粘土的剪切-蠕变进行了细观颗粒流模拟。论文主要得到以下结论：（1）三种软粘土均表现出了软土典型的特点。天津软粘土中次生矿物相对最高，颗粒最为细小，粘粒含量可达35.1%，其土颗粒上吸附着更多的结合水，其天然含水量、塑限、液限、塑性指