初始和一维变形诱发的软粘土渗透系数各向异性及其微观机理

The value of permeability anisotropy of soft clay will directly influence the calculation of degree of consolidation and post-construction settlement of soft clay ground. However, at present during the calculation generally only the initial value of permeability anisotropy of soft clay is estimated or simply measured and its development with one-dimensional (1D) deformation is not considered. To study the value of permeability anisotropy of soft clay has guiding significance for the construction and operation safety of projects on soft clay ground. The following studies will be conducted: ① The permeability tests and constant rate of strain consolidation tests with vertical and radial drainage will be conducted to measure the vertical and horizontal permeability of soft clay under different deformation conditions, and the values of initial and 1D deformation induced permeability anisotropy of different soft clays will be investigated; ② The relationships between the values of permeability anisotropy and the values such as mineralogical composition, clay content and cementation bond strength of soft clay will be analyzed, and the main factors that influence the value of permeability anisotropy of soft clay will be clarified; ③ The value of microstructural anisotropy of soft clay under different deformation conditions will be quantitatively examined by the combination of scanning electron microscopy (SEM) and mercury intrusion porosimetry (MIP) tests and its correlation with the value of permeability anisotropy will be established, and the micro-mechanism of permeability anisotropy of soft clay will be discussed. The research results have important guiding significance for calculating the degree of consolidation and estimating the post-construction settlement of soft clay ground, and have academic value on establishing the link between macroscopic and microscopic properties of soil.

软粘土渗透系数各向异性的大小会直接影响到软粘土地基的固结度和工后沉降计算，而目前计算中一般只是估计或简单测量其初始大小且没有考虑其随一维变形的发展，对其进行研究对软粘土地基上的工程建设和运营安全具有指导意义。拟开展以下研究：①通过垂直和径向排水的渗透试验和恒应变速率固结试验测量软粘土在不同变形条件下的垂直和水平渗透系数，调查不同软粘土初始和一维变形诱发的渗透系数各向异性的大小；②分析软粘土的矿物成分、粘粒含量和胶结强度等因素与渗透系数各向异性大小之间的关系，阐明影响软粘土渗透系数各向异性大小的主要因素；③通过扫描电子显微镜和压汞试验相结合定量分析软粘土在不同变形条件下的微观结构各向异性的大小并建立其与渗透系数各向异性的大小之间的相关性，揭示软粘土渗透系数各向异性的微观机理。研究成果对软粘土地基的固结度计算和工后沉降预测具有重要的指导意义，还具有建立土体宏观和微观特性之间联系的学术价值。

我国广泛分布着海相、湖相以及河相沉积的软黏土，在软黏土地基上修筑建（构）筑物时，地基由于固结将会产生很大的沉降。地基沉降的预测不仅关系到工程建设的成败，同时也隐含着巨大的经济效益。如果预测工后沉降偏小，会严重影响建设在其上工程的正常使用。如果预测工后沉降偏大，又将使得预压期过长而大大增加工程建设的投资。而软黏土渗透系数各向异性的大小会直接影响到软黏土地基的固结度和工后沉降计算，对其进行研究对软黏土地基上的工程建设和运营安全具有指导意义。.本项目通过竖向和径向排水的恒应变速率（CRS）固结试验以及垂直和水平排水的渗透试验测量了不同软黏土的在不同固结压力下的垂直和水平渗透系数，调查了不同软黏土渗透系数各向异性的大小，探讨了影响软黏土渗透系数各向异性大小的主要因素；通过扫描电子显微镜（SEM）和压汞法测孔隙率（MIP）试验调查了不同软黏土在不同固结压力下的微观结构各向异性，讨论了软黏土渗透系数和微观结构各向异性的之间的相关性。.研究发现不同软黏土的渗透系数都呈现出各向异性特性，且渗透系数各向异性的大小随一维变形的增大而增大，渗透系数各向异性的大小在1到4之间。矿物成分不同，软黏土渗透系数和渗透系数各向异性的大小不同；黏粒含量越多，渗透系数的各向异性越大；初始颗粒排列的水平定向性越强，初始渗透系数各向异性越大；初始孔隙比越大，渗透系数各向异性随一维变形增长越快；颗粒间的胶结强度越弱，渗透系数各向异性随一维变形增长越快。SEM和MIP试验发现不同软黏土的微观结构都呈现出各向异性特性，且微观结构各向异性的大小随一维变形的增大而增大，软黏土渗透系数和微观结构各向异性之间的相关性较好，表明软黏土渗透系数的各向异性及其随一维变形的发展主要是由于其微观结构的各向异性及其随一维变形的演化引起的。研究成果对软粘土地基的固结度计算和工后沉降预测具有重要的指导意义，还具有建立土体宏观和微观特性之间联系的学术价值。

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