土结构性的现状及研究方法

压汞法:又称汞孔孔隙法。是测定部分中孔和大孔孔径分布的 方法。基本原理是，汞对一般固体不润湿，欲使汞进入孔需 施加外压，外压越大，汞能进入的孔半径越小。测量不同外 压下进入孔中汞的量即可知相应孔大小的孔体积。 X—射线衍射：对于由单一粘土矿物组成的土，由于矿物颗 粒往往平行排列，会增强X射线的衍射强度，因此可以根据 衍射强度量测粘土颗粒的定向性。
固体力学研究方法的优缺点

优势：避开了求取土结构性的定量化参数。 不足：目前对土微结构的认识尚有欠缺，如土颗粒 的受力状态等问题。
土力学研究方法
土力学的方法就是分析土的结构性与土的工程性质的关系。 实际上，用土力学方法研究土结构性由来已久。比如粘性土的灵敏 度、黄土的湿陷系数和湿陷起始压力、膨胀土的膨胀系数和饱和砂 土的抗液化剪应力等都揭示了不同土的结构性。但以往的研究大多 仅就土结构性的某一个方而进行探讨。

代表性成就：计算机图像处理技术的应用，这为从微结构形态 方面进行土结构性定量化的研究提供了新的手段；不同类型的 土微结构研究成果为建立土结构性的力学模型提供了参考依据； 基于土力学特性非线性的土结构性的损伤模型得到了新的发展。
土结构性研究的基本途径

微结构形态学的研究方法 固体力学的研究方法 土力学研究方法

微结构形态学的研究方法

声波法：利用声波在土体中运动时，因为遇到土中的各种层 面、节理和裂隙等结构面产生反射、折射、绕射和散射等的 不同反应来测定土的各向异性度 计算机图像分析法：当土中有几种矿物时，可用电子显微镜 图像处理法，对土的微观图像进行数字化处理，从分析微观 图像上显示的土颗粒的密度入手，分析不同方向上密度梯度 的变化，取椭圆的长短轴为2个特征方向，并以此来确定土 的各向异性。

代表性方法： 张诚厚试验比较了二种结构性粘土的土工特性，得到了不同结 构性的粘土的力学性质明显不同的结论。 张炜等研究了非饱和黄土在不同湿度和应力状态下的结构强度 特性，给出了结构屈服限的概念，将土的应力—应变关系曲线称 为结构强度的发挥曲线，讨论了结构强度对抗剪强度的影响。
土力学研究方法的优缺点
微结构形态学的研究方法
土的微观形态研究方法
研究方法
压汞法 气体吸附
所解决的问题
孔隙的大小和数量 孔隙的大小
X—射线衍射
电弥散法 磁化率法
颗粒和孔隙的定向性
孔隙性 定向性
声波法
渗透性法 偏光显微光度法
各向异性度
各向异性度 定向性
计算机图像分析法
孔隙和颗粒的大小、形状、定向度等指标
微结构形态学的研究方法



气体吸附：
电弥散法： 磁化率法： 偏光显微光度法：
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固体力学研究方法
在对土微结构形态进行定量化研究的同时，有的学者利用微 观力学方法研究土的结构性，即用力学模型来模拟土的微结构在力 的作用下的行为。

代表性方法： Hideki Ohta 提出了基于土结构重组的理想模型，从土颗粒重组的 角度分析土的应力—应变关系。 有学者直接用微观力学的方法，将土的微观力学变量和宏观力学 变量联系起来，建立土的本构模型。由于该模型没有充分考虑土 颗粒间的联结特性，而且不能充分考虑水的影响，因此尚未得到 应用。

优点：避开了直接求取构成土结构性的2个因素及每 个因素所包含的内容，直接建立土的结构性与土力 学性质之间的关系。 不足：一直未找到一种能够同时描述土的联结和排 列2个方而信息的方法。

The End
Thanks

土的各向异性：土颗粒的各向异性即沿晶格的不同方向，原子排列的周期性和疏 密程度不尽相同，由此导致土颗粒在不同方向的物理化学特性也不同，这就是土 颗粒的各向异性。 土的定向性： 土的孔隙性：土具备的各种孔隙。
固体力学研究方法

Yong根据不同的力学行为，将土的结构分为微观结构（颗粒 级的）、细观结构（结构单元级的）和宏观结构。对饱和土 来说，在受力过程中，不同量级的孔隙内液体的运动规律是 不同的。根据以上分析，建立了土的2种分析模型，一种是 颗粒—颗粒相互作用模型，另一种是结构单元—结构单元相互 作用模型。这2种模型考虑了土中各种结构单元在土的力学 性质方面所起的作用，但它不能考虑土颗粒间的电化学力。
土结构性研究的发展历程

土结构性定量化研究的初步阶段（60年代末—80年代中期）
在此阶段，对土微结构的研究有了较大的发展，人们进 一步的寻求定量描述微结构形态诸要素的方法。同时，对土结 构联结特征的力学模拟研究也越来越受重视，提出了多种结构 模式。

代表性成就：土结构的微观图像定量分析、土微结构受力作 用下的力学模拟。
一般认为，1925年土力学的奠基人太沙基所倡导的土的 微结构概念与思想是土微结构研究的开端，也是土结构性研究 的开端。这时期由于缺乏有效的观测手段，仅以放大镜为主要 工具，难以对土的复杂的结构性进行系统的研究。

代表性成就：粘土的“蜂窝状结构”理论
土结构性研究的发展历程

结构性研究的深化阶段（50年代中期—60年代后期）
土结构性研究的发展历程

土结构性定量化研究的发展阶段（80年代中期至今）
在此阶段，尽管对描述土结构性某一要素的研究手段有所 增多，研究的深度有所增加，对土的种类研究的广度有所增大， 但无论是在结构性研究方法上还是在对结构性的认识上都没有太 大的发展。寻找一个有效的、能应用于实际工作的、带有综合性 质的结构性指标成了众多学者的一致追求，由此形成了土结构性 研究的新高潮。
土的结构性发展历程及研究方法
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土结构性的概念 土结构性研究的发展历程 土结构性研究的基本途径
土结构性的概念
土的结构性是指土中颗粒或土颗粒集合体以及它们之间 的孔隙的大小、形状、排列组合及联结等综合特征。因此土的 结构性除了应包括土的骨架和孔隙的几何特征（即土颗粒和孔 隙的大小、多少、形状和分布等）外，从土力学的角度考虑还 应包括颗粒之间的联结特征。如果将孔隙看作是反映颗粒排列 的一个方而，那么土的结构性就应该包括土中颗粒的排列特征 （几何特征）和联结特征（力学特征）。
土结构性研究的发展历程

微结构性研究的初步阶段（20年代中期—50年代初） 结构性研究的深化阶段（50年代中期—60年代后期） 土结构性定量化研究的初步阶段（60年代末—80年代中期） 土结构性定量化研究的发展阶段（80年代中期至今）
土结构性研究的发展历程

微结构性研究的初步阶段（20年代中期—50年代初）
随着科学技术的发展，光学显微镜、偏光显微镜、X射 线衍射技术等在土的微结构研究中得到了广泛应用。人们开始 注意到了结构要素的完整性，特别是结构单元的定向分布特征。

代表性成就：土结构是颗粒排列的规律性和颗粒间联结性质 的规律性的统称，土结构可分为构造和粘聚性两部分，前者 纯属几何特征，后者是由于土的各相间的相互作用对颗粒位 移的阻力。