钙质结核土细观结构定量研究

土的物理力学性质是其结构性状的宏观反应。钙质结核土由于钙质结核的存在具有特殊的细粒(粘粒、粉粒)-粗粒(钙质结核)结构，工程性质迥异于一般粘性土又有别于碎石土，具有特殊的工程性质。在已有基金项目对淮北平原钙质结核土的分布规律及工程地质性质研究的基础上，选择典型钙质结核土层，开挖地质断面、剖面，取样，获取钙质结核土细观结构数字图像。采用数字图像处理技术等，对钙质结核土细观结构- - 土层中结核的大小、形态、数量、分布、连接等进行定量研究，建立其定量描述评价体系和指标。在此基础上，根据其细观结构状态与结核的成因、时代以及形成环境的相互关系，将钙质结核土细观结构分成几种不同的模式，分别建立其结构模型。研究成果一方面可以深化淮北平原钙质结核土这一区域性特殊土工程性质的研究，另一方面则可丰富土的结构性研究内容和成果，并为今后研究钙质结核土的结构及其对土的物理力学性质和宏观工程特性的影响与作用打下基础。

钙质结核土由于钙质结核的存在具有特殊的细粒(粘粒、粉粒)-粗粒(钙质结核)结构，具有特殊的工程性质。应首先开展钙质结核土细观结构——即粗粒（钙质结核）部分的结构的定量研究，为研究钙质结核土细观结构对宏观物理力学性质和工程特性的影响及作用以及今后钙质结核土的结构研究及结构性本构模型的建立打下基础。研究主要取得以下进展和成果：.1．自主开发了基于Matlab的钙质结核土数字图像分析平台，通过该平台对钙质结核土数字照片、CT图像等的分析，获取了土中钙质结核分布的基本定量信息。.2．基于SuperMap绘制了钙质结核土分布GIS图，建立了钙质结核土的分布与基本性质的查询系统，研究了钙质结核土的性质与分布之间的关系。.3．基于GIS空间量测技术对CT图像的分析，获取了土层中钙质结核结构要素的定量化信息，对钙质结核土的细观结构进行了定量分析，提取并计算了其颗粒形态、定向性等分形维数，结果表明钙质结核颗粒表现出良好的自相关性，具有较好的分形特征。.另外，从粒径分布的角度说明了粒径分布特征与其宏观物理力学性质的关系；粒径分布具有分形特征，分维值表征了钙质结核土的特殊性及其演化特征。.4．钙质结核土在受剪的过程中，表现出明显的应力屈服和塑性变形的特征，其应力-应变曲线表现出应变硬化的特征；钙质结核土可分为密实结构、骨架结构和悬浮结构三种类型，各类型土层中结核的粒度成分、数量、排列方式及其强度特性各不相同。.5．钙质结核土原状及重塑土大型直剪试验结果表明钙质结核的数量和试验剪切方向（平行于和垂直于钙质结核优势生长方向）对于土体强度的影响显著而复杂。.6．淮北平原完形钙质结核土承载力特征值一般在160~280kPa之间；载荷试验和静力触探试验成果具有较好的对比性。建立了静探Ps值与地基承载力特征值之间相关方程，便于工程应用。.7．基于数字图像处理方法构建了钙质结核土细观结构的三维模型，进行了应力应变数值分析。.8．对钙质硬磐进行不同含水条件下的单轴抗压强度试验及相应的点荷载强度试验，建立了两者间的相关方程；对其物质成分及微观结构进行了对比分析，表明含水量、矿物成份及含量、孔隙度对强度影响重大，微观结构定量分析结果可粗略判断钙质硬磐的物理力学性质。.研究成果深化了钙质结核土这一区域性特殊土工程性质的研究，并为今后研究钙质结核土的结构及其对土的物理力学性质和宏观工程特性的影响与作用打下基础。