考虑干湿循环影响的残积土μ–CT扫描与渗流模拟

摘要

花岗岩残积土广泛分布于中国东南沿海地区，其孔隙结构常因炎热多雨环境引起的干湿循环而发生扩张，改变土体的渗透性能，诱发工程事故。为了揭示干湿循环作用下花岗岩残积土细微观结构与渗透特性的演变规律，对原状样进行0到8次的脱湿–吸湿处理，开展微米计算机层析（μ–CT）扫描试验以获取土体的3维数字化模型，并结合扫描结果与AVIZO软件进行多通道渗流模拟，最后根据试验结果分别从定性和定量角度探究了土体孔隙体积分布与渗透系数的演化规律。结果表明：根据μ–CT扫描的图像结果，花岗岩残积土内部结构被划分为赤铁矿、石英、黏土和孔隙；3维重构模型反映了孔隙结构的扩张与连通模式，孔隙数量和尺寸在干湿循环过程中明显提高，孔隙率和孔隙连通率均与循环次数呈正相关；根据孔隙体积分布曲线可将土中孔隙分为微孔、中孔、大孔和裂隙4种类别，小体积微孔在干湿循环过程中逐渐转化为大体积的连通裂隙；3维渗流模型中的流线数量和分布密度随干湿循环次数增加而明显提高，由渗流模拟计算得到的绝对渗透率和渗透系数也不断增大；渗透系数的计算值总体上与实测值的演化规律相符，说明基于μ–CT扫描结果的渗流模拟可作为评价土体渗透特性的一种辅助手段。研究结果为深入了解花岗岩残积土渗流特性的环境损伤效应提供了重要的参考价值。

关键词

花岗岩残积土 / 干湿循环 / μ–CT扫描 / 3维数字化模型 / 渗流模拟

基金资助

国家自然科学基金项目（12102312;41972285）; 中科院岩土力学与工程国家重点实验室开放基金项目（SKLGME021018）