不同应力路径下海积结构性软土的变形与强度特性及其微观机理研究

项目以我国沿海地区广泛分布具有一定结构强度的海积软土，相对于其他典型结构性土，海积软土结构效应表现更为显著，且对应力路径具有强烈依赖性与敏感性这一基本观点出发，以土力学与土质学结合的研究方法，采用宏微观试验与理论分析结合的手段，运用"试验→分析→建模→验证"的研究思路，以不同区域海积软土为研究对象，结合地质演化规律、物质组成及微结构特征查明其结构性成因；模拟实际工况开展考虑不同影响因素的多种应力路径下土的力学响应试验，研究结构性与应力路径双重影响下海积软土的力学性质；从微观角度入手结合宏观力学试验阐述结构性软土强度破坏的产生条件与损伤破坏演化规律，揭示其变形与强度的演化机理；在此基础上，将表征微观结构变化的结构性参数和扰动状态模型耦合,从而建立结构性软土的本构模型，揭示工程建设中的海积软土因结构损伤引起的变形与强度破坏分布发展规律，为指导沿海地区软土地基处理与设计提供理论依据与技术支持。

海洋沉积土的结构效应表现显著，对应力路径具有强烈依赖性与敏感性。项目采用宏微观试验与理论分析结合的手段，对不同应力路径下结构性黏土的变形与强度特性及微观机理展开研究。发明了一种SEM-EDS试验的制样方法以及实现微观结构表面形态三维可视化方法；首次采用氮气吸附法测量了土的超微孔隙，提出了三维孔隙率的计算方法以及结构性土的孔径界定标准；将土壤学中胶体理论引入，研究了氧化铁胶体对结构强度的影响贡献；建立了土的微观结构-化学物质-宏观力学行为的相互关系与灵敏性分析，揭示开放式的絮凝结构及游离氧化铁的胶质联结特征是导致湛江黏土具有强结构性的根本原因；建立了CPTU数据提出了针对结构性土固结系数的计算公式；系统开展了主动压缩、被动压缩、主动伸长的多种应力路径试验，发现结构性土的变形与强度特性除了对应力路径敏感，还受固结初始状态与应力水平条件影响，指出高孔压系数A及显著的剪胀性是结构性土变形的一个重要特征。最后，指出强结构性黏土在结构屈服前的强度指标具有较强应力路径依赖性，人们普遍认为的有效应力强度指标与应力路线无关的假设并不正确。此外，还关注了土被扰动后触变引起的强度恢复和大气氧化致诱黏性土土性异变现象，认为触变是颗粒间引力与斥力的相互作用的力场变化使结构有分散趋向絮凝发展所导致，发现触变过程中存在着孔隙均匀化发展规律；提出土发生氧化的根本机制是大气环境诱发氧化还原环境变化，水—土—大气间的化学反应与运动影响颗粒间作用力改变，导致结构单元体联结形式更改进而重塑微观结构形态，并建立了微观演化模型。这些研究为指导沿海地区软土地基处理与设计提供了理论依据与技术支持。