【摘要】 在Zhong-Liang Zhang等人的研究中采用压汞孔隙法(MIP)试验，通过循环三轴试验研究了经历循环加载的粉质粘土冻融前后的微观孔隙结构。

随着城市轨道交通的发展，地铁振动荷载作用下软土的长期变形问题引起了研究者和工程人员的广泛关注。除了原位试验和室内三轴试验外，显微镜试验也为阐明软粘土的动力特性提供了有效途径。此外，对粉质粘土在冻融前后孔隙尺寸分布(PSD)的变化研究较少。在Zhong-Liang Zhang等人的研究中采用压汞孔隙法(MIP)试验，通过循环三轴试验研究了经历循环加载的粉质粘土冻融前后的微观孔隙结构。

 

图1 试样的侵入和挤压曲线

 

为了研究冻融对粉质粘土PSD的影响，对冻融前后的样品进行了MIP试验。MIP测试的归一化体积与冻融前后无循环加载的样品的孔隙半径的关系如图1所示。在MIP试验中，压入和挤压曲线显示了汞体积随不同孔径的变化。侵入压力与孔隙半径成反比，依次对应。

 

在侵入过程中，总汞侵入体积随着侵入压力的增大而增大。图1(b)显示了相同循环加载下不同冻结温度下样品的汞侵入体积变化。在孔径大于0.1 μm的孔隙中，汞的侵入曲线较为接近。随着冻结温度的降低，最终汞侵入体积增大。冻结温度越低，膜水和游离水结冰越多，汞侵入体积越大

 

图2 热力学分形的结果

 

粉质粘土冻融前后MIP试验的热分形结果如图2所示。结果表明，热分形维数模型适用于粘土试样。热分形维数在2 ~ 3的合理范围内。热分形拟合相关系数> 0.98，表明热分形维数值是可靠的。冻融效应、循环加载甚至两者共同作用下的变形都会降低微观孔隙结构的相似性。

 

然而，样品的热分形维数与相应的循环频率、csr和冻结温度之间的关系并不十分一致。无循环加载的冻融试样的分形维数减小。这是因为冻融后孔隙壁粗糙度和孔隙结构复杂性降低。与冻融后试样相比，原状试样的分形维数随频率的增加而增大。对于不同CSR的冻融样品，其分形维数随CSR的增加而减小。

 

因此，尽管分形维数与土壤PSD的粗糙度有关，但要充分了解微观和宏观参数之间的关系，还需要进行更多的研究。最终结果表明MIP推导的WRC适用于van Genuchten模型对土壤-水特征曲线的预测。此外，在MIP试验中，粉质粘土微观孔隙结构表现出分形特征。

 

[1] Zhong-Liang Zhang, Zhen-Dong Cui, Effects of freezing-thawing and cyclic loading on pore size distribution of silty clay by mercury intrusion porosimetry, Cold Regions Science and Technology, Volume 145, 2018, Pages 185-196,

 

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