结构性黄土颗粒化学胶结力作用机理揭示及宏观力学强度参数理论取值研究

工程土体宏观力学强度参数的准确取值从根本上取决于土颗粒间物理化学作用机理的正确认识，如何表征颗粒间的物化作用以及其与土体宏观力学强度之间的定量关系是岩土工程中有待解决的主要科学问题。本研究以750kV输电线路宁夏境内某区域结构性黄土为研究对象，以土体颗粒化学胶结力作用机理及宏观力学强度参数的微观表现为研究主线，采用X衍射、电子能谱、SEM、穆斯堡尔谱、磁化率等微观测试技术，通过对结构性黄土矿物成分、微观结构、晶体类型及成键特征等参数进行定性及定量研究，结合量子化学计算理论，分析了矿物晶体间化学键类型，揭示了结构性黄土颗粒化学胶结力的作用机理，并建立土颗粒化学胶结力微观力学模型，以组成矿物物质的量为中间变量，通过严谨的数学力学推导，建立宏观力学强度参数与微观化学胶结力之间的定量关系，从而建立了力学强度参数与组成矿物物质的量之间的定量关系，为工程土体力学强度参数取值提供新的研究思路和分析方法。

本项目对位于750kV输电线路沿线的5处黄土地基进行了现场取样，在实验室内开展了基本的物理特性试验，对土样中的黏粒含量、矿物成分、易（中）溶盐、碳酸钙、无定形铁氧化物进行了测定，分析结果表明：黄土中的黏土矿物和超细碳酸钙为黄土的主要胶结物，胶结物之间形成“团粒”，团粒与团粒之间通过胶结物组成了土体的基本结构。结合量子化学和矿物化学分析，得出黄土颗粒间微观结合力是胶结物中的碳酸钙与黏土矿物中的Al之间形成了化学键。以碳酸钙含量为变量，建立了该类结构性黄土微观结合力与土体粘聚强度之间的定量关系，提出了一种结构性黄土宏观力学强度参数理论取值的新思路和新方法。