AMSEgydF4y2Ba 材料科学与工程的发展gydF4y2Ba 1687 - 8442gydF4y2Ba 1687 - 8434gydF4y2Ba HindawigydF4y2Ba 10.1155 / 2021/7752352gydF4y2Ba 7752352gydF4y2Ba 研究文章gydF4y2Ba 含砂量和粒度的影响压实膨胀土的干缩裂缝gydF4y2Ba https://orcid.org/0000 - 0001 - 7678 - 8648gydF4y2Ba 李gydF4y2Ba 东东gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba https://orcid.org/0000 - 0001 - 7587 - 8983gydF4y2Ba 张gydF4y2Ba ShaoweigydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba 易gydF4y2Ba 郝gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 土木工程和建筑学院gydF4y2Ba 西安科技大学gydF4y2Ba 西安gydF4y2Ba 山西710048年gydF4y2Ba 中国gydF4y2Ba xaut.edu.cngydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 土木工程学院gydF4y2Ba 许昌大学gydF4y2Ba 许昌gydF4y2Ba 河南461000年gydF4y2Ba 中国gydF4y2Ba xcu.edu.cngydF4y2Ba 3gydF4y2Ba 土木与建筑工程学院gydF4y2Ba 西安科技大学gydF4y2Ba 西安gydF4y2Ba 山西710021年gydF4y2Ba 中国gydF4y2Ba xatu.cngydF4y2Ba 2021年gydF4y2Ba 24gydF4y2Ba 9gydF4y2Ba 2021年gydF4y2Ba 2021年gydF4y2Ba 5gydF4y2Ba 7gydF4y2Ba 2021年gydF4y2Ba 13gydF4y2Ba 9gydF4y2Ba 2021年gydF4y2Ba 24gydF4y2Ba 9gydF4y2Ba 2021年gydF4y2Ba 2021年gydF4y2Ba 版权©2021东东李和张Shaowei。gydF4y2Ba 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。gydF4y2Ba

膨胀土的干缩裂缝,这是一种常见的自然现象,产生重大的负面影响土壤的工程性质,许多工程问题和地质灾害的直接原因。本研究旨在探讨含砂量和粒度的影响压实膨胀土的干缩裂缝。首先,样品的压实膨胀土五沙内容大小和四个砂组准备。然后,进行一系列的干燥试验。几何参数的动态变化在蒸发表面裂缝网络的定量分析通过使用数字图像处理技术和分形理论。结果表明,增加表面开裂区域的早期和后期体现了裂缝长度和裂缝宽度的增加,分别。沙子一样大小的粒子群(0.15、0.3毫米),随着含砂量(干重比土壤样本)从0%上升到40%,表面开裂比例(裂纹区域的比例的总表面积土壤样本)显示下降趋势(13.20%、11.42%、10.50%、8.98%和7.71%,分别)。当含砂量(40%)是相同的,随着沙子大小团体从(0.15毫米,0.3毫米)(1.18毫米、2.36毫米),表面开裂比例也呈现一个下降的趋势(分别为7.71%,7.69%,4.35%,和3.73%)。裂缝的分形维数的变化规律是一样的,表面裂纹的比例。在干燥过程中,样本的特征是向心收缩的变形或开裂,这主要是受到样品的边界条件的影响。 This research’s results verify the effectiveness of sand to improve the dry-shrinkage characteristics of expansive soil, providing a reference for the improvement of roadbeds and the treatment of soil slopes in expansive soil areas.

 西安土木工程测试的重点实验室和破坏分析Military-Civil军民两用技术gydF4y2Ba 1。介绍gydF4y2Ba

膨胀土富含矿物质,并有很强的亲水性,如蒙脱石和伊利石。是一种粘土显著肿胀,收缩和开裂特性,广泛分布在世界gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba]。膨胀土的物理力学性质对气候变化很敏感。这是非常有害的路基等工程建设和斜坡(gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba]。近年来,由于全球气候变化,极端干旱气候的发生更加频繁,和膨胀土的收缩和开裂造成的损害已变得更为突出。gydF4y2Ba

干燥土壤蒸发的水造成的裂缝是一种常见的自然现象。土壤的干燥裂纹不良反应在几个领域,如农业、地质和岩土工程。农田土壤的裂缝将加剧干旱、土壤强度增加,和影响植物根系生长,导致作物产量的减少gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba]。从另一个角度来看,裂缝导致优先流在灌溉或降雨,导致效率下降的水和肥料利用率,但地下水污染的风险增加(gydF4y2Ba 5gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 6gydF4y2Ba]。破解网络土壤边坡破坏土壤的完整性和可以提供方便条件,雨水渗透,导致土壤的抗剪强度显著减弱和诱发山体滑坡gydF4y2Ba 7gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba 9gydF4y2Ba]。干燥地基或路基裂缝可以减少土壤的承载能力,导致一些问题如不均匀沉降、路面开裂[gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

大量的研究已经进行了影响因素的土壤干燥裂缝和裂缝形态的定量分析gydF4y2Ba 11gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 12gydF4y2Ba]。哥等人进行干燥实验三种材料:粘土、马铃薯淀粉、研磨石英砂。结果表明,不同材料的开发过程和最终开裂形态有很大的不同(gydF4y2Ba 13gydF4y2Ba]。唐等人研究了温度的影响,土层厚度、干湿循环,土壤类型干燥裂缝的几何参数的初始粘土泥浆样品通过使用图像处理技术(gydF4y2Ba 14gydF4y2Ba]。阿布Najm等人研究了溶质的影响内容的孔隙水在土壤的收缩变形。结果表明,水的蒸发速度,收缩率,干燥应力与氯化钠浓度的增加降低孔隙水(gydF4y2Ba 15gydF4y2Ba]。Yesiller等人研究了土壤压实衬的干燥开裂。结果表明,表面开裂比例增加而增加的细粒度的内容和土壤初始含水量,以及干湿交替的影响(gydF4y2Ba 16gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

应该改善膨胀土在工程处理其工程性质不稳定造成的危害。目前,提高膨胀土的方法主要包括物理和化学方法、生物、和固体废物改进技术(gydF4y2Ba 17gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 18gydF4y2Ba]。最常用的方法是化学的进步,混合石灰、水泥、粉煤灰等。AlZubaidi等人指出,肿胀的潜力,线性收缩率,粘土矿物含量的降低,膨胀土的水泥比例增加(gydF4y2Ba 19gydF4y2Ba]。Stoltz等人探讨湿润和干燥的影响路径最佳含水率的扩张和收缩膨胀土。结果表明,含水率压实膨胀土能有效防止初始润湿过程中体积膨胀。然而,在干燥收缩的抑制效应是有限的(gydF4y2Ba 20.gydF4y2Ba]。Kalkan就“同名同姓准备压实土样在最优含水量条件下使用硅灰和粘土的混合物和干湿循环和扩张进行测试。结果反映,硅灰可以减少改进的渐进变形膨胀性粘土干湿交替作用下(gydF4y2Ba 21gydF4y2Ba]。Ikizler等人发现混合砂与膨润土或将沙子的膨润土可以降低膨润土的膨胀力。具体来说,sand-bentonite混合物的膨胀力下降随着含砂量的增加(gydF4y2Ba 22gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

在过去,相当数量的研究一直在进行改进后的膨胀土的力学性能。然而,很少有研究干燥收缩改良膨胀土的特性。较好材料,如水泥、粉煤灰、砂具有一定硬度和粒度大。因此,金沙更容易与土壤混合。此外,施工简单,没有环境污染。因此,金沙在这项研究中,被用作一种改进材料和一系列的干燥试验进行调查含砂量和粒度的影响干燥裂缝压实膨胀土的样品。采用图像处理技术和分形理论分析了膨胀土的表面干燥裂缝的特点提高了金沙。gydF4y2Ba

 2。材料和方法gydF4y2Ba 2.1。材料gydF4y2Ba

土壤样品的测试被深度0.8 - -1.5 m以下地表从滑坡监测站点面县中国陕西省。收集土壤的位置如图gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba。原状土样与塑料薄膜包装和密封胶带,防止水分流失。原状土的含水量和干密度测定环刀方法在实验室。土壤脱水,压碎,经过2毫米筛。土壤样品的物理性质,如比重上限,含水量、自由膨胀率、测试等,据中国岩土试验方法标准(GB / T 50123 - 2019)。其中,自由膨胀率,增加体积的比值定义为在水中稳定沉积后的初始体积烘干的和粉碎的细粒度的土壤,是由一个玻璃测量圆柱的体积测量50毫升,1毫升的分度值。提出了土壤的物理和机械性能表gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba。可以看出,土壤测试是由细粒度的土壤液限大于50%,根据标准(GB / T 50145 - 2007, GB 50112 - 2013);测试土壤高液限粘土(CH)可扩展性较差。样品的粒度分布与激光粒度分析仪测定(Bettersize 2000;测量范围:-2000 - 0.02gydF4y2Ba μgydF4y2Ba米),表现出图gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba。测试土壤的粒度分析表明,粘土和粉砂含量分别为44.8%和55.25%,分别,没有沙子颗粒内部。的矿物组成及其近似百分比测定的土壤样品的x射线衍射仪(力量D8提前),见表gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba。结果表明,伊利石粘土矿物的主要成分是32.89%,6.61% 9.23%高岭石和蒙脱石。中国ISO标准砂(沙有限公司有限公司)是用于测试,及其粒度曲线显示在图中gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

研究区和取样的位置。gydF4y2Ba

粘性土的基本物理性质和矿物组成样本。gydF4y2Ba

土壤特性gydF4y2Ba 价值gydF4y2Ba 矿物成分gydF4y2Ba (%)gydF4y2Ba
原状土密度(克/厘米gydF4y2Ba3gydF4y2Ba)gydF4y2Ba 1.76gydF4y2Ba 伊利石gydF4y2Ba 32.89gydF4y2Ba
原状土含水量(%)gydF4y2Ba 18.5gydF4y2Ba 高岭石gydF4y2Ba 9.23gydF4y2Ba
比重gydF4y2Ba 2.72gydF4y2Ba 亚氯酸盐gydF4y2Ba 7.09gydF4y2Ba
界限含水量gydF4y2Ba 蒙脱石gydF4y2Ba 6.61gydF4y2Ba
液限(%)gydF4y2Ba 52gydF4y2Ba 石英gydF4y2Ba 29.63gydF4y2Ba
塑性极限(%)gydF4y2Ba 25gydF4y2Ba 其他的gydF4y2Ba 14.55gydF4y2Ba
塑性指数gydF4y2Ba 26.5gydF4y2Ba
粒度分析gydF4y2Ba
砂(%)gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba
淤泥(%)gydF4y2Ba 55.2gydF4y2Ba
粘土(%)gydF4y2Ba 44.8gydF4y2Ba
自由膨胀率(%)gydF4y2Ba 65.5gydF4y2Ba

粘性土的粒径分布和标准砂。gydF4y2Ba

 2.2。实验方案和流程gydF4y2Ba

测试过程呈现在图gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba。土壤样本和标准砂用于准备干在恒重105°C。土壤受到挤压,使经过2毫米筛。然后,不同粒径组的标准砂分离通过筛分试验,如图gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba(一个)。此外,较高的样本准备初始含水量和干密度较低观察明显干燥裂缝的发展。砂与特定粒径范围和内容添加到土壤样品和混合均匀。然后,蒸馏水是喷砂质土混合物准备初始含水量25%然后为48小时,以确保密封水充分扩散。采用静压法,试样干密度为1.35克/厘米gydF4y2Ba3gydF4y2Ba准备在一个玻璃蒸发皿直径100毫米和19.5毫米的高度。土壤样品的表面是平滑的不锈钢刀。准备样本放入一小袋24小时使样品均匀分布的水。gydF4y2Ba

样品制备和实验过程。(一)土壤和标准砂筛分后。(b)压实土壤样本。(c)干燥的土壤样本。(d)称重和拍摄设备。gydF4y2Ba

实验设计见表gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba,共8组实验,每组三个平行样品。准备的样品呈现在图gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba(b), S1-S5和S5-S8调查含砂量和粒度的影响干燥裂缝昂贵的土壤,分别。gydF4y2Ba

不同的压实样品的信息。gydF4y2Ba

集gydF4y2Ba 含水量(%)gydF4y2Ba 干密度(g / cmgydF4y2Ba3gydF4y2Ba)gydF4y2Ba 混合砂的颗粒大小(毫米)gydF4y2Ba 砂混合比例(%)gydF4y2Ba
S1gydF4y2Ba 25gydF4y2Ba 1.35gydF4y2Ba 0.15 - -0.3gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba
S2gydF4y2Ba 0.15 - -0.3gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba
S3gydF4y2Ba 0.15 - -0.3gydF4y2Ba 20.gydF4y2Ba
S4gydF4y2Ba 0.15 - -0.3gydF4y2Ba 30.gydF4y2Ba
S5gydF4y2Ba 0.15 - -0.3gydF4y2Ba 40gydF4y2Ba
S6gydF4y2Ba 0.3 - -0.6gydF4y2Ba 40gydF4y2Ba
S7gydF4y2Ba 0.6 - -1.18gydF4y2Ba 40gydF4y2Ba
S8gydF4y2Ba 1.18 - -2.36gydF4y2Ba 40gydF4y2Ba

采用烘干法,促进水的蒸发,缩短测试时间与蒸发温度在50°C(图gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba)(c)。在干燥过程中,土壤样品,称重,拍摄时间间隔为0.5小时。数码相机(尼康D850分辨率为45.7像素)通过wi - fi连接到电脑,和获得的图像可以被自动存储在计算机中。在图像采集的过程中,相机和样品之间的距离是固定的,和所有外部光源被封锁。只led照明应用一致的拍摄环境。测试结束时,样品的质量变化是小于0.1克。gydF4y2Ba

 2.3。图像处理gydF4y2Ba

数字图像处理技术用于定量分析的进化在蒸发干燥裂缝(gydF4y2Ba 23gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 24gydF4y2Ba]。图像处理过程表现出图gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba。在第一步中,原始图像提取沿着玻璃容器的内部边缘分析,删除不相关的图像信息(图gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba(a))。在第二步中,加权平均法获得灰度图像,将RGB值转换为灰度值通过使用方程(gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba)形成一个加权和的R, G, B组件(图gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba(b))。gydF4y2Ba (1)gydF4y2Ba 灰色的gydF4y2Ba =gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba ∗gydF4y2Ba RgydF4y2Ba +gydF4y2Ba jgydF4y2Ba ∗gydF4y2Ba GgydF4y2Ba +gydF4y2Ba kgydF4y2Ba ∗gydF4y2Ba BgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba RgydF4y2Ba,gydF4y2Ba GgydF4y2Ba,gydF4y2Ba BgydF4y2Ba代表红色,绿色和蓝色的组件的一个像素,分别gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba,gydF4y2Ba jgydF4y2Ba,gydF4y2Ba kgydF4y2Ba是权重系数。gydF4y2Ba

数字图像处理的过程。原始RGB图像(a), (b)灰度图像,(c)二进制图像,(d)二进制图像去噪后,和(e)裂缝网络的骨架。gydF4y2Ba

在第三个步骤中,首先采用最优阈值计算方法,把灰度图像转换成一个二进制图像gydF4y2Ba 25gydF4y2Ba),黑色和白色区域表示裂缝和土壤块,分别(图gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba(c))。最优阈值(gydF4y2Ba TgydF4y2Ba)可以通过以下方程:gydF4y2Ba (2)gydF4y2Ba wgydF4y2Ba 1gydF4y2Ba =gydF4y2Ba ngydF4y2Ba 1gydF4y2Ba NgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba (3)gydF4y2Ba wgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba =gydF4y2Ba ngydF4y2Ba 2gydF4y2Ba NgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba −gydF4y2Ba wgydF4y2Ba 1gydF4y2Ba =gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba −gydF4y2Ba ngydF4y2Ba 1gydF4y2Ba NgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba (4)gydF4y2Ba ugydF4y2Ba 1gydF4y2Ba =gydF4y2Ba ∑gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba =gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba TgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba ∗gydF4y2Ba PgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba ∑gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba =gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba TgydF4y2Ba PgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba (5)gydF4y2Ba ugydF4y2Ba 2gydF4y2Ba =gydF4y2Ba ∑gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba =gydF4y2Ba TgydF4y2Ba +gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 255年gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba ∗gydF4y2Ba PgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba ∑gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba =gydF4y2Ba TgydF4y2Ba +gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 255年gydF4y2Ba PgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba (6)gydF4y2Ba ugydF4y2Ba =gydF4y2Ba ugydF4y2Ba 1gydF4y2Ba ∗gydF4y2Ba wgydF4y2Ba 1gydF4y2Ba +gydF4y2Ba ugydF4y2Ba 2gydF4y2Ba ∗gydF4y2Ba wgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba (7)gydF4y2Ba ggydF4y2Ba =gydF4y2Ba wgydF4y2Ba 1gydF4y2Ba ∗gydF4y2Ba wgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba ∗gydF4y2Ba ugydF4y2Ba 1gydF4y2Ba −gydF4y2Ba ugydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba

最优阈值gydF4y2Ba TgydF4y2Ba将图像划分为两组:目标和背景,gydF4y2Ba NgydF4y2Ba图像像素的总数;gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba和gydF4y2Ba PgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba是像素的灰度值和相应的数字;gydF4y2Ba ngydF4y2Ba1gydF4y2Ba和gydF4y2Ba ngydF4y2Ba2gydF4y2Ba是像素的灰度值小于的数量吗gydF4y2Ba TgydF4y2Ba或大于gydF4y2Ba TgydF4y2Ba;gydF4y2Ba wgydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 和gydF4y2Ba wgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 比率的目标和背景的像素数量集团总像素的图片,分别;gydF4y2Ba ugydF4y2Ba1gydF4y2Ba和gydF4y2Ba ugydF4y2Ba2gydF4y2Ba目标和背景的平均灰度值组;gydF4y2Ba ugydF4y2Ba是整个图像的平均灰度值;和gydF4y2Ba ggydF4y2Ba 目标和背景之间的差异。大津阈值用于确定灰度值gydF4y2Ba TgydF4y2Ba可以最大化方差gydF4y2Ba ggydF4y2Ba 。gydF4y2Ba

在第四步中,形态学方法,如形态学上的打开和关闭操作,用于去除噪声,填补漏洞,和桥梁裂缝的二进制图像(图gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba(d))。主要的算法用于图像形态学处理主要包括膨胀、腐蚀、开,和关闭操作,分别由以下方程定义。gydF4y2Ba (8)gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba ⊕gydF4y2Ba BgydF4y2Ba =gydF4y2Ba zgydF4y2Ba |gydF4y2Ba BgydF4y2Ba ˆgydF4y2Ba zgydF4y2Ba ∩gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba ≠gydF4y2Ba ∅gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba (9)gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba ⊙gydF4y2Ba BgydF4y2Ba =gydF4y2Ba zgydF4y2Ba |gydF4y2Ba BgydF4y2Ba zgydF4y2Ba ⊆gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba (10)gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba ∘gydF4y2Ba BgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba ⊙gydF4y2Ba BgydF4y2Ba ⊕gydF4y2Ba BgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba (11)gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba •gydF4y2Ba BgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba ⊕gydF4y2Ba BgydF4y2Ba ⊙gydF4y2Ba BgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba是一组前景像素,gydF4y2Ba BgydF4y2Ba是一个结构元素,gydF4y2Ba BgydF4y2Ba ˆgydF4y2Ba 是点的集合gydF4y2Ba BgydF4y2Ba的(gydF4y2Ba xgydF4y2Ba,gydF4y2Ba ygydF4y2Ba已经被(−)坐标gydF4y2Ba xgydF4y2Ba,−gydF4y2Ba ygydF4y2Ba)。开幕式可以平滑的目标轮廓,打破小连接,而最后可以弥合骨折和填补。二进制图像中的裂缝网络的特性可以改善通过重用多次开启和关闭操作。最后,开裂的骨架图像去噪后与1像素的宽度(图中提取gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba(e))。gydF4y2Ba

表面开裂的分析参数网络裂缝比率进行评估,长度、平均宽度和分形维数。裂纹率gydF4y2Ba δgydF4y2Ba cgydF4y2Ba被定义为裂纹区域的比例gydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba cgydF4y2Ba表面面积gydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba TgydF4y2Ba的样本,可以计算从黑色像素的数量的比率gydF4y2Ba ngydF4y2Ba bgydF4y2Ba在去噪二进制图像像素的总数gydF4y2Ba ngydF4y2Ba TgydF4y2Ba在图像,根据方程(gydF4y2Ba 12gydF4y2Ba)。基于裂缝骨架形象,黑色像素的数量计算骨架线获得近似裂纹长度gydF4y2Ba lgydF4y2Ba cgydF4y2Ba。平均宽度gydF4y2Ba dgydF4y2Ba裂纹的定义为裂纹面积的比值gydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba cgydF4y2Ba的裂纹长度gydF4y2Ba lgydF4y2Ba cgydF4y2Ba通过方程计算(gydF4y2Ba 13gydF4y2Ba)。分形维数(gydF4y2Ba DgydF4y2Ba)的裂缝可能反映了裂纹的不规则网络和计盒方法可以计算(gydF4y2Ba 26gydF4y2Ba]。裂缝区域覆盖的网格的边长gydF4y2Ba ɛgydF4y2Ba,总网格的数量gydF4y2Ba N(ɛ)gydF4y2Ba网格长度的变化gydF4y2Ba ɛgydF4y2Ba。之间的关系gydF4y2Ba N(ɛ)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba ɛgydF4y2Ba在双对数坐标系中表示的线性拟合方程(gydF4y2Ba 14gydF4y2Ba),gydF4y2Ba DgydF4y2Ba表示分形维数的值。gydF4y2Ba (12)gydF4y2Ba δgydF4y2Ba cgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba cgydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba TgydF4y2Ba =gydF4y2Ba ngydF4y2Ba bgydF4y2Ba ngydF4y2Ba TgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba (13)gydF4y2Ba dgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba cgydF4y2Ba lgydF4y2Ba cgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba (14)gydF4y2Ba lggydF4y2Ba NgydF4y2Ba εgydF4y2Ba =gydF4y2Ba BgydF4y2Ba −gydF4y2Ba DgydF4y2Ba lggydF4y2Ba εgydF4y2Ba 。gydF4y2Ba

3所示。结果gydF4y2Ba 3.1。水蒸发过程gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba 5gydF4y2Ba说明了压实土样的含水率曲线在干燥过程中条件下不同的内容和砂粒径组。在图gydF4y2Ba 5(一个)gydF4y2Ba的干燥曲线的变化趋势和样品相同的粒径组[0.15 - -0.3毫米)不同砂下是相同的内容。含水量的减少趋势与蒸发时间大约是线性干燥的初始阶段,不断蒸发阶段。继续蒸发,干燥曲线逐渐显示出凹形状,进入没有蒸发阶段。最后,干燥曲线逐渐接近水平线,和水的内容不再改变,达到残余含水量状态。随着含砂量的增加,从0到40%,干燥曲线的斜率的绝对值增加,这表明水蒸发率也相应增加。t1-t5的时间干燥曲线进入破产阶段依次下降(10.5 11.4 12.5 18.4 h, h, h, h,和9.9 h,分别)。最终测试,样品的残余水分含量为5.66%,5.16%,4.91%,3.3%,和3.17%,分别与含砂量的增加逐渐降低。gydF4y2Ba

土样含水量随时间的变化在不同的内容和砂粒径的影响。(a, b)时间(h)。gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba 5 (b)gydF4y2Ba介绍了砂的干燥曲线的变化与不同粒径组的含砂量(40%)。它还可分为三个阶段:一个常数蒸发阶段,没有蒸发阶段,残余含水量阶段。砂粒径组的增加,干燥曲线的斜率的绝对值减少先后,失败和时间t5-t8进入蒸发阶段增加反过来(11.9 11.01 9.9 h, h, h,和13 h,分别)。样本的残余含水量在3.17%和4.13%之间,没有显著差异。gydF4y2Ba

 3.2。表面裂缝的定量分析gydF4y2Ba

表面裂纹率能反映开裂程度的样本作为一个整体。图gydF4y2Ba 6(一)gydF4y2Ba展品裂纹率的变化曲线在水分在蒸发的过程中在不同砂粒径相同的内容组砂[0.15 - -0.3毫米)。裂解水内容(裂缝出现时的含水量)都在初始含水量的样品。启动后的裂缝,表面裂纹率的样品用不同的砂含量迅速增加,然后在干燥过程中往往是稳定的。随后,裂纹区域不再改变,虽然样品中的水分含量进一步降低。沙子的内容从0增加到40%,裂纹率达到一个稳定状态在更高的含水量,而最后顺序裂纹率降低(13.20%、11.42%、10.50%、8.98%和7.71%,分别)。与控制样本,样本有40%的含砂量在表面裂纹率减少了41.7%。gydF4y2Ba

裂缝比率随含水量变化的影响下的土壤样本不同的内容和砂粒径:(a)的影响不同砂裂缝比内容;(b)的影响与不同粒径砂裂缝比率;(c)表面裂缝的最终状态。gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba 6 (b)gydF4y2Ba介绍了裂缝的变化比在相同含水量下的含砂量(40%),但不同粒径组。随着沙子大小组从0.15 - -0.3毫米增加到1.18 - -2.36毫米,最后表面裂纹率表现出下降的趋势(分别为7.71%,7.69%,4.35%,和3.73%)。此外,裂纹率将达到一个稳定状态更快随着砂的粒径增加,反射裂缝的最终状态不再在蒸发的过程中开发的。图gydF4y2Ba 6 (c)gydF4y2Ba是一个代表图像的最终破解S1-S8样品的状态。它可以观察到,在本实验设计,增加砂的表面裂纹率降低了内容相同的粒径组条件下;含砂量是一样的,裂缝与砂粒径的增加比率下降。gydF4y2Ba

取样品的含砂量0为例;图gydF4y2Ba 7gydF4y2Ba显示裂纹率的变化、裂纹长度和平均裂缝宽度在蒸发过程中含水量。裂纹比例继续增加含水量大于9%时。裂缝图像的含水量,II, III插入图gydF4y2Ba 7gydF4y2Ba分别为23.52%,22.03%,19.5%。具体来说,增加裂缝率表现为裂纹长度的增加,当含水量大于19.5%。裂纹长度保持稳定,不再增长,当含水量大于9%,小于19.5%。这个时候,表面拉应力完全释放,和土壤的抗拉强度逐渐增加,导致一个更小的新裂缝的可能性在随后的干燥过程。因此,增加裂缝区域的现象表现在不断扩大的裂缝。因此,在压实土样干燥裂缝的发展主要是在早期裂纹长度的增加。此外,增加裂缝区域控制裂缝宽度的增加,裂缝网络是稳定的。gydF4y2Ba

裂纹长度的变化,平均宽度的裂缝,裂缝比率在含水量(含砂量= 0)。gydF4y2Ba

分形维数可以反映出不规则的裂缝网络。分形维数越大,裂缝越发达。一旦裂缝出现在压实土壤样本,建立了裂缝网络的基本形态,如图gydF4y2Ba 8(一个)gydF4y2Ba。因此,表面裂纹的分形维数增加了裂纹萌生后瞬间,如数据所示gydF4y2Ba 8(一个)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba 8 (b)gydF4y2Ba。在干燥过程中,分形维数增加,裂缝网络的发展。破解发展稳定时,分形维数不再改变。在图gydF4y2Ba 8(一个)gydF4y2Ba,最终破解分形维数从1.61下降到1.49随着含砂量的增加,从0到40%。在图gydF4y2Ba 8 (b)gydF4y2Ba,裂缝的分形维数降低了从1.49到1.39随着砂量的增加(0.15,0.3),(1.18,2.36)。这也表明,含砂量的增加和砂粒径组能抑制裂缝的发展夯实土样品。gydF4y2Ba

变化的分形维数下的土样含水量不同的内容和砂粒径的影响。(a, b)含水量(%)。gydF4y2Ba

 4所示。讨论gydF4y2Ba

在膨胀土添加适量沙子可以降低粘土矿物的比例,提高膨胀土的级配,并改变膨胀土的物理和力学性能,如最优含水量、最大干密度、界限含水量和强度特征。此外,扩张和收缩特性也在干湿循环的改变(gydF4y2Ba 27gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 28gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

4.1。含砂量和粒径对水蒸发的影响gydF4y2Ba

样品的蒸发过程有不同的内容和砂粒径组可分为三个阶段:不断蒸发,蒸发,水分含量和残余阶段。影响蒸发率的外部因素主要包括温度、相对湿度、风速,而内部因素主要包括矿物成分、颗粒大小、含水量、土壤压实度(gydF4y2Ba 14gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 29日gydF4y2Ba]。初始含水量、干密度和蒸发环境测试的样品是相同的。影响蒸发率的主要因素是土壤特性的变化引起的土壤含砂量和粒径组。gydF4y2Ba

水在土壤表面的迁移主要是由毛细作用控制。此外,毛管水的迁移是影响土壤颗粒之间的孔隙大小。随着膨胀土的含砂量的增加,砂颗粒之间形成的大孔隙不足以由细粒度的土壤。因此,样品的持水量减少,导致高蒸发率和低残余含水量。在含砂量相同条件下,土样的强度骨架和样品的体积收缩能力增加和减少,分别是砂的粒径增加,导致表面干燥裂纹区域减少。因此,蒸发率小,残余水分含量也表现出越来越随着粒径组的增加趋势。继续蒸发,水蒸发机制的土样改变了毛细水,水蒸气的扩散迁移失败,然后进入蒸发阶段。蒸发停下来,进入残余含水量阶段当样本内的蒸汽压与外部环境处于平衡状态。gydF4y2Ba

 4.2。含砂量和粒径对干燥的影响裂缝gydF4y2Ba

在测试的开始,土样表面蒸发是唯一的通道。然后,水沿轴向方向梯度生成样本。样品的表面水含量低于样品的内部,而表面收缩大于内部土壤基质吸力的作用下。因此,在样品表面形成的拉伸应力场。裂缝出现时,拉应力大于抗拉强度(gydF4y2Ba 30.gydF4y2Ba]。此外,如果拉应力小于抗拉强度、压实土样的收缩变形主要表现为体积收缩,直到达到土壤的收缩极限(gydF4y2Ba 31日gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

除了沙子到膨胀土后,大型砂的存在有效地改善了粒子之间的摩擦的混合物,从而增强骨骼强度sand-modified膨胀土。随着砂含量的增加,土壤大孔隙形成砂颗粒之间,和沙和土之间的总量。大孔隙的存在可以降低土壤基质吸力。因此,土壤样品表面的裂纹率随着沙子内容的增加而减少。含砂量时相同,砂粒径越大,越容易引起粒子之间的大孔结构,就像含砂量的增加的影响。与此同时,颗粒之间的摩擦增加,导致土骨架的强度增加。因此,表面裂纹率的增加减少砂粒径组。gydF4y2Ba

 4.3。边界条件对干燥的影响和收缩gydF4y2Ba

内部拉应力会产生材料时材料的收缩受到限制。拉应力的大小和分布取决于材料的刚度、边界条件、应力集中效应引起的潜在缺陷的材料(gydF4y2Ba 13gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 32gydF4y2Ba]。在测试,样品准备在一个玻璃容器,在潮湿的土壤和玻璃之间的结合力大最初干燥后,甚至更大。样品的底部和周围环境受到约束的接触玻璃容器。这可能是原因,只有干燥裂缝出现在上面的样品没有向心收缩。不锈钢环刀相同的玻璃容器的内直径和高度定制的研究边界条件对样品的收缩的影响。凡士林涂抹在戒指的内壁刀准备压实土样相同的初始状态为S1-S5(即初始含水量为25%,干密度为1.35克/厘米gydF4y2Ba3gydF4y2Ba的粒径组(0.15 - -0.3毫米),含砂量是0 - 40%)。在相同的条件下干燥进行了测试。样品最终都提出了体积收缩没有干燥裂纹,如图gydF4y2Ba 9gydF4y2Ba。表面收缩比的定义是减少表面积之比由样品收缩环刀的面积。随着含砂量从0到40%,表面收缩率为27.38%,25.88%,24.14%,21.06%,和17.45%,分别。因此,金沙膨胀土有效地减少了收缩现象。gydF4y2Ba

最后的压实土样表面收缩比环刀。gydF4y2Ba

 5。结论gydF4y2Ba

在这项研究中,一系列的干燥压实土的测试和样品相同的初始干密度和含水量准备调查含砂量和粒径组的影响压实膨胀土的干缩裂缝。得到以下结论。gydF4y2Ba

压实土壤的蒸发过程可以分为三个阶段:不断蒸发,蒸发,水分含量和残余阶段。随着含砂量和沙粒子集团蒸发率和残余水分含量增加和减少,分别。表面裂纹率与含砂量的增加减少。同样的含砂量,它还与砂粒径的增加减少。分形维数的变化与裂缝比率是相一致的。表面裂纹的增加比率在早期表现为裂纹长度的增加,这在后期表现为裂缝宽度的增加。受边界条件的影响,压实的收缩变形昂贵的土壤样本可能存在向心收缩的现象或开裂。gydF4y2Ba

这项研究的结果证实的有效性在抑制膨胀土的收缩变形。然而,强度特征、渗透性和sand-improved土的变形特性应该进一步考虑与具体应用条件以满足工程需求。gydF4y2Ba

 数据可用性gydF4y2Ba

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。gydF4y2Ba

 的利益冲突gydF4y2Ba

作者宣称没有利益冲突。gydF4y2Ba

 确认gydF4y2Ba

这项研究的实验室部分进行了土力学实验室的土木与建筑工程学院,西安科技大学,土壤的物理力学参数测试和研究生提供的陈魏。作者真诚地感谢土木与建筑工程学院的权威和教授提供的帮助他回族和李教授Baoping。这项工作是由西安土木工程测试的重点实验室和破坏分析Military-Civil军民两用技术。gydF4y2Ba

 FityusgydF4y2Ba 年代。gydF4y2Ba 布吉gydF4y2Ba O。gydF4y2Ba 膨胀的粘土在非饱和土力学的框架gydF4y2Ba 应用粘土科学gydF4y2Ba 2009年gydF4y2Ba 43gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 150年gydF4y2Ba 155年gydF4y2Ba 10.1016 / j.clay.2008.08.005gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 58249133057gydF4y2Ba EstabraghgydF4y2Ba a。R。gydF4y2Ba PereshkaftigydF4y2Ba m·r·S。gydF4y2Ba ParsaeigydF4y2Ba B。gydF4y2Ba JavadigydF4y2Ba 答:一个。gydF4y2Ba 稳定膨胀土行为在湿润和干燥gydF4y2Ba 路面工程的国际期刊gydF4y2Ba 2013年gydF4y2Ba 14gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba 418年gydF4y2Ba 427年gydF4y2Ba 10.1080 / 10298436.2012.746688gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 84876491475gydF4y2Ba 气gydF4y2Ba 年代。gydF4y2Ba VanapalligydF4y2Ba 美国K。gydF4y2Ba 膨胀行为的影响无限非饱和膨胀土边坡的稳定性gydF4y2Ba 电脑和土工技术gydF4y2Ba 2016年gydF4y2Ba 76年gydF4y2Ba 154年gydF4y2Ba 169年gydF4y2Ba 10.1016 / j.compgeo.2016.02.018gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 84962534698gydF4y2Ba SomasundaramgydF4y2Ba J。gydF4y2Ba 拉尔gydF4y2Ba R。gydF4y2Ba SinhagydF4y2Ba n K。gydF4y2Ba 中间人gydF4y2Ba R。gydF4y2Ba ChitralekhagydF4y2Ba 一个。gydF4y2Ba 乔杜里gydF4y2Ba r S。gydF4y2Ba 智利的gydF4y2Ba 答:K。gydF4y2Ba 火花gydF4y2Ba d . L。gydF4y2Ba 在变性土裂缝和坑槽:特点、发生、和管理gydF4y2Ba 农学的发展gydF4y2Ba 2018年gydF4y2Ba 149年gydF4y2Ba 93年gydF4y2Ba 159年gydF4y2Ba 10.1016 / bs.agron.2018.01.001gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 85043301980gydF4y2Ba 程gydF4y2Ba Q。gydF4y2Ba 唐gydF4y2Ba c。gydF4y2Ba 徐gydF4y2Ba D。gydF4y2Ba 曾gydF4y2Ba H。gydF4y2Ba 史gydF4y2Ba B。gydF4y2Ba 水渗入土壤破碎考虑drying-wetting周期的影响gydF4y2Ba 《水文gydF4y2Ba 2021年gydF4y2Ba 593年gydF4y2Ba 125640年gydF4y2Ba 10.1016 / j.jhydrol.2020.125640gydF4y2Ba 曹gydF4y2Ba lgydF4y2Ba 王gydF4y2Ba Z。gydF4y2Ba 程ydF4y2Ba Y。gydF4y2Ba 土壤非饱和渗流分析了包括裂缝的发展过程gydF4y2Ba 材料科学与工程的发展gydF4y2Ba 2016年gydF4y2Ba 2016年gydF4y2Ba 2684297gydF4y2Ba 10.1155 / 2016/2684297gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 84962909429gydF4y2Ba UtiligydF4y2Ba 年代。gydF4y2Ba 调查极限分析与裂缝斜坡的稳定性gydF4y2Ba 岩土工程gydF4y2Ba 2013年gydF4y2Ba 63年gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 140年gydF4y2Ba 154年gydF4y2Ba 10.1680 / geot.11.p.068gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 84878085560gydF4y2Ba 朱gydF4y2Ba lgydF4y2Ba 风扇gydF4y2Ba D。gydF4y2Ba 马gydF4y2Ba R。gydF4y2Ba 张gydF4y2Ba Y。gydF4y2Ba 咋gydF4y2Ba Y。gydF4y2Ba 实验和数值研究影响地面水流和水渗入土壤的裂缝网络gydF4y2Ba GeofluidsgydF4y2Ba 2018年gydF4y2Ba 2018年gydF4y2Ba 7056858gydF4y2Ba 10.1155 / 2018/7056858gydF4y2Ba 张gydF4y2Ba J。gydF4y2Ba 朱gydF4y2Ba D。gydF4y2Ba 张gydF4y2Ba 年代。gydF4y2Ba 浅层边坡稳定性演化期间雨水渗透考虑土壤开裂状态gydF4y2Ba 电脑和土工技术gydF4y2Ba 2020年gydF4y2Ba 117年gydF4y2Ba 103285年gydF4y2Ba 10.1016 / j.compgeo.2019.103285gydF4y2Ba 镇压gydF4y2Ba C。gydF4y2Ba CaicedogydF4y2Ba B。gydF4y2Ba ThorelgydF4y2Ba lgydF4y2Ba 裂缝和干燥对承载力的影响土壤存款gydF4y2Ba 岩土工程的信gydF4y2Ba 2015年gydF4y2Ba 5gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba 112年gydF4y2Ba 117年gydF4y2Ba 10.1680 / jgele.15.00021gydF4y2Ba BordoloigydF4y2Ba 年代。gydF4y2Ba 倪gydF4y2Ba J。gydF4y2Ba NggydF4y2Ba c·W·W。gydF4y2Ba 土壤干燥开裂及其在植被土壤特性:一个角度审查gydF4y2Ba 科学的环境gydF4y2Ba 2020年gydF4y2Ba 729年gydF4y2Ba 138760年gydF4y2Ba 10.1016 / j.scitotenv.2020.138760gydF4y2Ba 唐gydF4y2Ba c。gydF4y2Ba 朱gydF4y2Ba C。gydF4y2Ba 程gydF4y2Ba Q。gydF4y2Ba 曾gydF4y2Ba H。gydF4y2Ba 徐gydF4y2Ba j j。gydF4y2Ba 田gydF4y2Ba B.-G。gydF4y2Ba 史gydF4y2Ba B。gydF4y2Ba 土壤干燥开裂:回顾调查方法,潜在的机制和影响因素gydF4y2Ba 地球科学评论gydF4y2Ba 2021年gydF4y2Ba 216年gydF4y2Ba 103586年gydF4y2Ba 10.1016 / j.earscirev.2021.103586gydF4y2Ba 科斯塔gydF4y2Ba 年代。gydF4y2Ba 前,gydF4y2Ba J。gydF4y2Ba 香农gydF4y2Ba B。gydF4y2Ba 突出的因素控制干燥开裂的粘土在实验室实验gydF4y2Ba 岩土工程gydF4y2Ba 2013年gydF4y2Ba 63年gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 18gydF4y2Ba 29日gydF4y2Ba 10.1680 / geot.9.p.105gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 84871403485gydF4y2Ba 唐gydF4y2Ba C。gydF4y2Ba 史gydF4y2Ba B。gydF4y2Ba 刘gydF4y2Ba C。gydF4y2Ba 赵gydF4y2Ba lgydF4y2Ba 王gydF4y2Ba B。gydF4y2Ba 影响因素的粘质土壤表面收缩裂缝的几何结构gydF4y2Ba 工程地质gydF4y2Ba 2008年gydF4y2Ba 101年gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba 204年gydF4y2Ba 217年gydF4y2Ba 10.1016 / j.enggeo.2008.05.005gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 53549090430gydF4y2Ba 阿布NajmgydF4y2Ba M。gydF4y2Ba JesiekgydF4y2Ba J。gydF4y2Ba MohtargydF4y2Ba r·H。gydF4y2Ba 卢拉gydF4y2Ba P。gydF4y2Ba 桑特gydF4y2Ba G。gydF4y2Ba 评估的作用孔隙溶液浓度对非饱和土的水平变形在干燥标本gydF4y2Ba GeodermagydF4y2Ba 2012年gydF4y2Ba 187 - 188gydF4y2Ba 31日gydF4y2Ba 40gydF4y2Ba 10.1016 / j.geoderma.2012.04.009gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 84861209275gydF4y2Ba YesillergydF4y2Ba N。gydF4y2Ba 米勒gydF4y2Ba c·J。gydF4y2Ba IncigydF4y2Ba G。gydF4y2Ba YaldogydF4y2Ba K。gydF4y2Ba 干燥和开裂行为的三个压缩垃圾填埋场衬垫的土壤gydF4y2Ba 工程地质gydF4y2Ba 2000年gydF4y2Ba 57gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 105年gydF4y2Ba 121年gydF4y2Ba 10.1016 / s0013 - 7952 (00) 00022 - 3gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 0034048504gydF4y2Ba IkeagwuanigydF4y2Ba C . 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