天津軟土微觀結構下的分形研究

董佳祺 李傲笛 楊權權 張佳園 李 會 赫占麒

（吉林建筑大學城建學院， 吉林 長春 130114）

0 引言

經濟技術快速發展，土地資源日益緊張，臨海地區圍海造陸工程刻不容緩。海底泥漿及大量淤泥在高壓作用下吹填至圍堰上，經過后期的沉積作用形成吹填土。吹填土具有典型軟土的工程地質特性，高孔隙比、高含水量、高壓縮性、低強度等不良的地質特征。從微觀角度分析不同性質軟土在壓縮固結后的特征，基于分形理論，利用WD-5圖像處理技術對試樣定量分析，主要表明200kpa固結力作用前后土體的分形維數及相同壓力影響下不同土體的分形維數，分析分形維數與軟土性質直接的關系。

1 土體的基本性質

對于土體顆粒分析現行規范使用試驗方法為篩分法結合靜水沉降法，根據試驗結果得出表1，由試驗結構可知加入分散劑后粉粒組含量減少，粘粒組含量增加，這是由于粘粒與粘粒及粉粒直接形成的具有一定抗水性能的“團粒”，在加入分散劑后，團粒分散，粘粒含量增大。根據國土資源部分類標準對土定名分別為淤泥質粘土，粉質粘土和粉砂。

圖1 天津軟土的顆粒分布曲線

2 微觀結構的孔隙分形特征

進行室內壓縮試驗，采用200kPa的固結壓力分別對土樣進行壓縮，得到壓縮后試樣，對未壓縮和壓縮后的三組試樣進行了掃描電鏡試驗，根據分形特征的原理，采用形態分維和計盒分維兩種方法對試驗土體的孔隙分維進行計算分析，分析數據見表1。

由表1可見孔隙的形態分維集中在1.18~1.20之間，變化較小。同為天津軟土，由于其礦物含量及粒度含量不同，分形維數略有差別。相對來說粘粒含量較多、含水量較高、孔隙比較大的淤泥質粘土分形維數較大，隨著孔隙比增大、粘粒含量增多，分形維數增大。壓縮前后對比，壓縮后試樣分維數略有增大，隨著壓縮固結，孔隙水壓力逐漸消散，有效應力逐漸增大，鹽分隨水分流出，結構單元體相對變得密實，土中小孔隙含量增多，整體的復雜性增強。

表1 孔隙的分形維數

3 結論天津地區軟土的微觀孔隙在形態和平面分布兩方面存在著自相似的分形特征。

孔隙的形態分維數分布在1.18~1.20之間，計盒分維數分布在1.53~1.58，表現出隨著孔隙比的增大、粘粒含量的增多，分維數增大，孔隙相對較小。壓縮固結前后試樣對比表現出，壓縮后土體變密實，隨著孔隙水壓力的消散，有效應力的增大，土體內部結構變得復雜，分維數增大。

[1]杜東俊, 楊愛武, 劉舉等. 天津濱海吹填土[M]. 北京: 科學出版社, 2010.

[2]楊靜. 高粘粒含量吹填土加固過程中結構強度的模擬試驗研究[D]. 吉林大學, 2009.

[3]牛岑岑，王清，譚春，等.吹填土滲流固結過程微觀結構的分形特征[J].西南交通大學學報，2012,47（1）：78-83.