浅谈结构性非饱和土的电阻率特性及应用

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1、东南大学博士学位论文结构性非饱和土的电阻率特性及应用姓名：查甫生申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：刘松玉;杜延军20070801摘要土的电阻率是士的固有物性参数之一，可反映十的基本物理力学性质指标及结构特征等，具有重要的理论意义和应用价值。本文以国家自然科学基金项目“结构性土的电阻率特性及其应用研究”(No．50478073)为依托．针对现代土力学中对结构性十定量研究分析的困难．以合肥膨胀土、西安黄土等典型的结构性非饱和土为研究对象，通过系统的室内试验与理论分析，主要研究了土的电阻率测试技术、非饱和土的电阻率基本特性、电阻率法在十的结构性定量分析中的应用、电阻率法在非饱和土强度理论

2、中的应用、膨胀土的掺灰改良以及电阻率法在改性膨胀土质量评价中的应用等。取得了以下主要研究成果：(1)首先回顾了国内外关于土的电阻率理论研究、土的结构性研究以及非饱和土研究方面的成果，经深入分析后指出了这些研究中存在的问题，提出了需要解决的问题。(2)系统总结分析了土的电阻率室内、外测试原理与方法，指出了各种测试方法的适用范围和适用条件以及优缺点，并针对不同的研究需要，推荐了合理的测试方法．对东南大学岩土工程研究所研制的低频交流电阻率测试仪—ESEU-I及其测试方法进行了详细介绍．(3)针对已有土电阻率模型存在的不足，通过合理假设。推导了适用于非饱和粘性土的三元电阻率结构模型。并讨论非饱和粘

3、性土的表观结构因子的定义与表达式；通过非饱和粘性土的电阻率结构模型，分析影响非饱和土的电阻率主要影响因素，并将其归纳为三大类：①与土的结构有关的要素、②表征土颗粒特征的要素以及③与土溶液有关的因素．(4)研究了非饱和土的电阻率基本特性：分析了含水量、孔隙液化学成分、饱和度、孔隙率、温度、击实条件等因素对非饱和粘性土电阻率的影响特征：通过不同掺量的合肥膨胀土与西安黄土制各的击实样的电阻率测试，探讨了土的颗粒大小，液、塑限等基本物理性质指标对土的电阻率的影响特征；依据土的表面导电性大小的确定方法，通过室内试验，计算得出了合肥膨胀土表面导电性的大小：通过膨胀土的掺灰与养护试验，分析了掺灰与养护龄

4、期对土的电阻率的影响特征．(5)通过合肥膨胀土击实样的电阻率测试，探讨了膨胀土的胀缩性与电阻率指标的关系．(6)通过合肥膨胀土原状样与击实样胀缩变形过程中的同步电阻率测试，利用土体吸水膨胀变形过程中的土的电阻率结构性参数(平均结构因子、平均形状因子以及各向异性系数)的变化规律，研究了膨胀土胀缩变形及循环胀缩变形过程中的微结构变化规律．将膨胀土的膨胀过程划分为三个不同阶段：初始膨胀阶段、主膨胀阶段与次膨胀阶段，并定量对比了击实膨胀土与原状膨胀土的结构性差异；将膨胀土的收缩过程划分为基本收缩阶段、残余收缩阶段和零收缩阶段三个不同收缩阶段，并分析了各个不同收缩阶段中的土的微结构变化规律；通过反复

5、胀缩过程中的同步电阻率测试，定量分析了各级循环胀缩过程中土体微结构的变化规律。(7)通过黄土湿陷变形过程中的同步电阻率测试，利用E述三个电阻率结构性参数的变化规律，分析了黄土湿陷过程中土的微结构变化规律。(8)通过土体压缩固结过程中的竖向与横向电阻率测试．分析了土体压缩固结过程中的土体微结构变化规律。提出了依据固结过程中的土样的平均结构因子的倒数来简单确定土的沉降量、压缩系数、压缩指数与压缩模量等压缩性指标的方法．(9)在试验研究非饱和土的电阻率结构性参数户、7和』随体积含水量的变化规律以及土冰一!特征曲线的基础上，建立了电阻率结构参数足(冠=(可)2彳)与基质吸力之间抛物线关系方程；并利

6、用FredlumJ的非饱和土双变量强度公式，将结构参数R代替吸力，建立了基于电阻率结构参数足的非饱和土抗剪强度公式。并通过比较本文公式与常用的Frodlund等(1996)提出的基于土水特征曲线的非饱和土抗剪强度公式在本试验中的计算结果，验证了本文公式的正确性．(10)试验研究了粉煤灰、石灰一粉煤灰掺合物对膨胀土的基本工程性质指标、击实特性、胀缩性以及无侧限抗压强度的影响特征。结果表明：掺粉煤灰可改善膨胀士的T：程性质，降低其亲水性与胀缩性，且通过养护可进一步降低膨胀土的膨胀性；没有经过养护的士样．粉煤灰对无侧限抗压强度的影响不明显；经过7天龄期养护后．随着掺粉煤灰比的增加．土样的无侧限抗

7、压强度具有一定程度的增长，并且无侧限抗压强度存在一个峰值点。(11)分别提出了利用塑性比与土的自由膨胀比指标来进行改性膨胀十胀缩性评价与膨胀等级划分的两种新方法。并探讨了改性膨胀土的自由膨胀比与其工程性质指标问的关系．(12)通过掺灰改良膨胀土不同养护龄期下的电阻率测试以及膨胀量、膨胀力及无侧限抗压强度等试验研究，探讨了掺灰改良膨胀土养护过程中的物理化学反应过程及改良膨胀土的微结构变化规律，并将改良膨胀土的物理化学反应过