天津软土微观结构下的分形研究

董佳祺 李傲笛 杨权权 张佳园 李 会 赫占麒

（吉林建筑大学城建学院， 吉林 长春 130114）

0 引言

经济技术快速发展，土地资源日益紧张，临海地区围海造陆工程刻不容缓。海底泥浆及大量淤泥在高压作用下吹填至围堰上，经过后期的沉积作用形成吹填土。吹填土具有典型软土的工程地质特性，高孔隙比、高含水量、高压缩性、低强度等不良的地质特征。从微观角度分析不同性质软土在压缩固结后的特征，基于分形理论，利用WD-5图像处理技术对试样定量分析，主要表明200kpa固结力作用前后土体的分形维数及相同压力影响下不同土体的分形维数，分析分形维数与软土性质直接的关系。

1 土体的基本性质

对于土体颗粒分析现行规范使用试验方法为筛分法结合静水沉降法，根据试验结果得出表1，由试验结构可知加入分散剂后粉粒组含量减少，粘粒组含量增加，这是由于粘粒与粘粒及粉粒直接形成的具有一定抗水性能的“团粒”，在加入分散剂后，团粒分散，粘粒含量增大。根据国土资源部分类标准对土定名分别为淤泥质粘土，粉质粘土和粉砂。

图1 天津软土的颗粒分布曲线

2 微观结构的孔隙分形特征

进行室内压缩试验，采用200kPa的固结压力分别对土样进行压缩，得到压缩后试样，对未压缩和压缩后的三组试样进行了扫描电镜试验，根据分形特征的原理，采用形态分维和计盒分维两种方法对试验土体的孔隙分维进行计算分析，分析数据见表1。

由表1可见孔隙的形态分维集中在1.18~1.20之间，变化较小。同为天津软土，由于其矿物含量及粒度含量不同，分形维数略有差别。相对来说粘粒含量较多、含水量较高、孔隙比较大的淤泥质粘土分形维数较大，随着孔隙比增大、粘粒含量增多，分形维数增大。压缩前后对比，压缩后试样分维数略有增大，随着压缩固结，孔隙水压力逐渐消散，有效应力逐渐增大，盐分随水分流出，结构单元体相对变得密实，土中小孔隙含量增多，整体的复杂性增强。

表1 孔隙的分形维数

3 结论天津地区软土的微观孔隙在形态和平面分布两方面存在着自相似的分形特征。

孔隙的形态分维数分布在1.18~1.20之间，计盒分维数分布在1.53~1.58，表现出随着孔隙比的增大、粘粒含量的增多，分维数增大，孔隙相对较小。压缩固结前后试样对比表现出，压缩后土体变密实，随着孔隙水压力的消散，有效应力的增大，土体内部结构变得复杂，分维数增大。

[1]杜东俊, 杨爱武, 刘举等. 天津滨海吹填土[M]. 北京: 科学出版社, 2010.

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