本文關鍵詞：增壓過程中土體孔隙變形的CT掃描實驗研究　出處：《中國地質(zhì)大學(北京)》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：地面沉降作為影響我國經(jīng)濟發(fā)展的一項重要環(huán)境問題已得到全社會的廣泛認同。在以往的諸多相關研究中,對于在沉降過程中隨著土體壓縮而造成的土中孔隙變化僅有定性認識,較少得到量化;在地面沉降—地下水耦合模型中關于孔隙度、滲透系數(shù)等參數(shù)通常均默認為常數(shù),而這一假設與實際情況存在較大出入致使模型最終計算結(jié)果精度受到影響。針對這些問題,本文主要進行了以下幾個方面的研究,一是通過采集西安D7地裂縫兩側(cè)土體并對試樣進行分級加壓操作來再現(xiàn)抽取地下水所導致的有效應力增加過程,進而通過CT掃描技術耦合數(shù)字圖像處理技術將其記錄下來;二是研究了不同壓力狀態(tài)下孔隙相關參數(shù)的變化并分析了其對孔隙變形的影響;三是引入多重分形理論分析了巖土孔隙特性參數(shù)的空間變異性及壓力增加狀態(tài)下的巖土孔隙演替規(guī)律;四是通過將分形理論與傳統(tǒng)達西定律相結(jié)合,計算出滲透率及滲透系數(shù)隨壓力增加引起的變化。主要得到以下結(jié)論:(1)、隨著地下水開采而產(chǎn)生的土層應力增加過程,對于孔隙數(shù)目而言,除去大孔隙數(shù)外均存在顯著正相關關系。而在各孔隙度相關參數(shù)中,大孔隙度、長孔隙度會隨著壓力增加而明顯降低,YGH-1鉆孔和YGH-2鉆孔的大孔隙平均面積降幅為39.05%和9.22%,不利于水分在孔隙間運移;對于中孔隙度、小孔隙度、不規(guī)則孔隙度、規(guī)則孔隙度而言,隨壓力增加基本保持不變甚至略有上升。由此可見對于因孔隙水壓力降低、有效應力增加而導致的土體壓縮過程是與大孔隙面積的顯著降低息息相關的。(2)、孔隙成圓率與孔隙直徑(面積)存在有顯著負相關關系,孔隙直徑(面積)越大孔隙形狀越不規(guī)則。在直徑1000μm孔隙中,絕大多數(shù)為長孔隙,在直徑200-500μm范圍內(nèi),不規(guī)則孔隙占主要,而在直徑200μm孔隙中,則以規(guī)則孔隙為主。而隨著壓力的增大直徑1000μm的孔隙占比明顯下降,而以不規(guī)則和規(guī)則孔隙為主的直徑范圍內(nèi),孔隙面積反而略有提高。(3)通過對土樣孔隙進行了多重分形維數(shù)的計算,發(fā)現(xiàn)4~128像素尺度的孔隙結(jié)構(gòu)才滿足多重分形特征�？紫稄V義維數(shù)譜圖像反映孔隙分布的變異程度,隨著壓力增大曲線趨于平緩,表明孔隙分布逐漸呈現(xiàn)均一化趨勢,復雜度降低。(4)?(q)-f(?)曲線呈左勾狀,說明小孔隙占據(jù)主導地位且分布不均勻,而大孔隙數(shù)量較少但分布相對集中。奇異譜寬度(35)?和非對稱指數(shù)均逐漸減小,減小幅度粉土粉質(zhì)黏土黏土。反映出孔隙空間變異逐漸減弱,孔隙整體結(jié)構(gòu)逐漸趨于簡單,不利于水分的運移。(5)根據(jù)土樣的分形特征,耦合Hagen-Poiseulle方程及達西定律,得到了描述土樣滲透率的數(shù)學表達式,并對各參數(shù)進行分析,發(fā)現(xiàn)孔隙面積分維數(shù)Df以及最大孔隙直徑λmax均與滲透率呈正相關關系;滲透率隨著迂曲度分維數(shù)DT的增大而減小,DT越大表明孔道的彎曲程度變大從而阻礙了水在孔隙內(nèi)部的運移。通過各參數(shù)對滲透率的影響進行參數(shù)敏感度分析,發(fā)現(xiàn)迂曲度分維數(shù)DT敏感程度最大,其次為最大孔隙直徑和孔隙面積分維數(shù)。滲透系數(shù)隨壓力的增加呈現(xiàn)出減小趨勢,最大下降幅度為71.08%,同時隨深度增加而減小。通過將所求滲透系數(shù)與孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)進行多元回歸分析,回歸方程顯示滲透系數(shù)受最大孔隙面積變化影響最大,決定系數(shù)達0.875,其次是總孔隙度。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：中國地質(zhì)大學(北京)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：P642.26

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本文編號：1351253