4土的结构性的研究现状

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土硇结构性帕砷夯坝状

广东省重工建筑设计院

欧阳惠娟

中山大学地球科学系安燕飞李红中

［摘要］土的结构性是指土的颗粒和孔隙的性状、排列方式（或称组构）及颗粒之间的相互作用。它直接决定着建筑地基基础的处理，间接影响着建筑物的质量。本文就前人对该方面的研究成果进行了综合评述，旨在探究土的结构性研究的意义及进展．

［关键词］土结构性研究现状结构性粘土

引言

近年来，随着经济的发展，我国房地产、交通运输等行业进入了空前的繁荣时期。相应的，建筑业也进入了高速发展的阶段，同时各种建筑物在质量上也受到了严重的挑战。对于建筑物而言，地基基础的好坏间接的决定了建筑物的质量。无论对地基采取怎样的方式处理，首先必须清楚的了解地基土体的结构性。在工程中，忽略地基土的结构性往往会在毫无预兆的情况下产生突然性的破坏［１矗］。提高对土的结构性的研究，充分了解其结构形成、受荷后的变形规律等可以为工程设计、计算提供可靠依据。故准确了解地基土体的结构性将间接影响建筑工程的质量，这一方面已经引起了人们越来越广泛的关注。

１．土的结构性及其研究思路

所谓土的结构性，是指土体颗粒和孔隙的性状、排列方式（或称组构）及颗粒之间的相互作用。土的结构性与土体形成过程有关，也即与土颗粒性质、各种沉积力、土的沉积环境及土颗粒表面力、以及沉积后各种地质营力的作用有关。前人在该方面开展了大量工作，其研究方法大致可分为三种口］。其一是固体力学的研究方法，它试图从数学力学的观点出发建立一种能够有效描述土的结构性在受力过程中变形和破坏的力学模型，并由此推导和反映土的宏观力学行为。其二是自上个世纪２０年代沿袭下来的微结构形态学的研究方法，试图通过对土微观结构的研究进以建立土体微观结构模型，具有逐步向微观土力学分支学科方向发展的趋势。虽然它立足于多年来众多的研究成果、光电量测技术以及计算机图像技术的支持，但由于它在很大程度上将微结构当成土的结构性的代名词，这致使其在全面描述土的结构性的几何特征和联结特征上遇到了巨大的困难。加之各种测试技术的复杂性，势必对它的发展造成了巨大的障碍。最后一种是土力学的研究方法，长期以来它受到了土力学工作者的重视。但该方面的理论研究难度较大，工作进展相对缓慢，在描述结构性软土的物理、力学性质方面取得了一定的初步成果。

总体来讲，土的结构性研究还处在初步发展的阶段。随着技术的发展，计算机模拟也可以成为该领域的重要的研究手段。

２．结构性牯土的微观结构研究

土体的微观结构通常有单粒结构、絮凝结构、蜂窝结构和片状（分散）结构。１９２５年，Ｔｅｒ龃ｇｈｉ最早提出了土的微观结构的概念，他将在一定的上覆荷载作用下的粘粒悬液通过电解质作用形成的絮凝沉积物结构称为蜂窝结构。这之后，Ｇ０１ｄｓｃｈＩｌｌｉｔ和ｃａｓａｇｒａｎｄｅ又相继提出了卡片和书本结构Ｈ］。这些都是以单个颗粒的几何排列堆积为基础，并用以解释沉积土结构的天然形成作用。在前人的基础上，我国学者陈宗基在１９５７年提出了片状颗粒的接触形式，并给出了相应的三维网络模型［ｓ］。直到１９６３年，ｖａｎＯｌｐｈｅｎ提出了“几何体”的结构模型，这开创了土的“团粒结构”研究。１９７６年，借助子电子显微镜以及其它测试手段，ＭｉｔｃｈｅＩｌ和Ｙｏｎｇ将单粒结构成功的发展到团粒结构Ⅱ］。在对中国黄土的微结构与湿限性进行研究的基础上，高国瑞提出了黄土显微结构的十二种类型Ｈ］。通过对结构性较强的湛江粘土的微观结构特性进行深入研究，谭罗荣指出湛江粘土的组构单元是由许多单片堆叠成的片堆颗粒单元、粒状碎屑物和少量单片粘土颗粒组成ｍ＂。充分应用计算机图像分析技术，吴义祥从信息熵的角度对结构性粘土的结构排列状态作了定量分析ｎ妇。基于前人的工作，胡瑞林详细的总结出了结构性粘土微观结构的主要特征［１１］，即：（１）颗粒排列特征，（２）孔隙性｝（３）结构单元特征；（４）结构连接．通过对土体的微观结构进行定量化研究，谢定义认为研究土的结构性最优的方法是将土体的结构性进行破坏（加荷、扰动、浸水等），将其所蕴藏的结构势充分的释放出来，再对其结构破坏的难易程度和破坏后的变形程度

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方数据进行测定，进一步寻求结构破坏特性及其大小与结构性演变之间的相互规律［１“。此外，汤连生等打破传统土力学中以均质体理论研究非均质土的框架，尝试利用土的结构熵将复杂多变的土的微观结构要素用能量状态——结构熵进行量化［１副。在前人的研究中可以看出，天然土体种类、矿物成分、沉积条件以及孔隙水的化学成分等都会对土的结构性造成影响．

３．结构性粘土的力学特征研究

结构屈服应力，即指原状土在受压缩过程中，以土骨架弹性压缩为主的变形阶段基本结束，且土的组构和粒间联系开始出现破坏时所对应的应力。对于正常固结饱和的结构性粘土，其半对数压缩曲线上具有明显的结构屈服应力。当固结压力低于结构屈服应力时，土的压缩性很小，当大于结构屈服应力时，压缩性显著增大，最后将趋近于重塑土的压缩曲线。就该方面而言，学者们对不同的粘土进行了大量的研究［１４－埘。就结构性所引起的应力超越现象与应力历史引起的超压密土在同一应力下相比而言，前者的孔隙比远大于后者［１ｎ１８］。除实验室研究以外，结构性粘土的压缩特性在野外现场实验也得到了相应的证实ｕ“驯。此外，刘恩龙等对人工结构性土样采用不同应力路径下的排水与不排水三轴试验［２“。研究发现，在不同的应力路径和排水条件下，结构性土样表现出了不同的孔压特性。

利用结构性强度较高的粘土进行三轴固结排水剪切试验，当固结压力低于结构屈服应力时，应力应变关系呈现出“应变硬化型”；当固结压力高于结构屈服应力时，其应力应变关系呈现出“应变软化型虻韶，ｚ“。在固结不排水剪切试验中，孔隙水压力的变化规律随固结压力与结构屈服应力之间的大小不同而不同，并会出现ｓｋｅｍｐｔｏｍ系数大于１的情况［２副。对结构强度较低的结构性粘土进行研究，研究发现应力应变关系呈现出双曲线型［坫］。刘恩龙等研究发现，在不同的应力路径和排水条件下，结构性土样表现出了不同的应力应变特性，在排水与不排水条件下，结构性土样均表现出相似的强度包络线【２ｕ。此外，强度包络线在应力状态较低时呈非线性状态，当应力状态较高时贝！ｆ近似的表现为线性的，并且它们以结构屈服强度为界，这可以用Ｍｏｈｒ—ｃｏｕｌｏｍｂ准则来进行描述。

通常情况下，结构性粘土在结构破坏之前其同结系数基本为一常数；当结构受到破坏后，其固结系数将会急剧降低。天然粘土的固结系数可以达到同样条件下重塑土的１０一１５倍［２５］．就渗透系数而言，结构性粘土在其结构破坏之前往往具有架空的结构。其大孔隙之间通常形成透水通道，故具有较强的透水性。孔隙比较高时，天然土的渗透系数可以达到同等条件下重塑土的２—４倍［舶］。所以，对土体进行破坏将会影响土的固结与渗透性。

４．结语

近年来，高层建筑和高速公路的建设极其频繁．从工程质量的角度出发，加强土的结构性的研究进而提高工程的质量将是非常的重要，尤其是软土地基更是相当重要。在室内的研究工作基础上，应当充分把室外现场结合起来．充分建立理论与实际的相互联系，这将是未来工作中应当值得重视和加强的地方。

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万方数据　

土的结构性的研究现状

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

欧阳惠娟， 安燕飞， 李红中

欧阳惠娟(广东省重工建筑设计院)， 安燕飞,李红中(中山大学地球科学系)科技信息(学术版)SCIENCE 2008(12)

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