基于多微观手段的季冻区草炭土孔隙特征和渗透性研究

作     者：贺元源 彭绮澜 王力 王世梅 佴磊 徐燕 吕岩 陈勇 张先伟 HE Yuan-yuan;PENG Qi-lan;WANG Li;WANG Shi-mei;NIE Lei;XU Yan;LYU Yan;CHEN Yong;ZHANG Xian-wei

作者机构：三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室湖北宜昌443002 三峡大学防灾减灾湖北省重点实验室湖北宜昌443002 三峡大学土木与建筑学院湖北宜昌443002 吉林大学建设工程学院吉林长春130026 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土工程国家重点实验室湖北武汉430071 

出 版 物：《岩土力学》 (Rock and Soil Mechanics)

年 卷 期：2025年第46卷第1期

页      面：110-122页

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室开放基金课题(No.2023KDZ10) 湖北省自然科学基金青年项目(No.2024AFB082) 国家自然科学基金(No.41702300,No.41572254) 三峡大学防灾减灾湖北省重点实验室开放基金课题(No.2023KJZ23) 

主　　题：草炭土 冻融 微观结构 孔隙特征 核磁共振(NMR) 计算机断层扫描(CT) 

摘      要：土体的宏观性质主要受其微观结构和孔隙特征的影响。查明土体在冻融等外部条件影响下的微观演化规律对岩土工程研究具有重要意义。草炭土作为季节性冻土和特殊土,由于其腐殖质和植物纤维含量较高,具有较高的压缩性和较低的强度。因此,以草炭土为研究对象,通过土工试验、核磁共振(nuclear magnetic resonance,简称NMR)、X射线计算机断层扫描(computed tompography,简称CT)和扫描电子显微镜(scanning electron microscope,简称SEM)等方法研究了草炭土的微观结构、孔隙特征和冻融效应。基于岩土力学和核磁共振理论,完成CT切片和SEM的微观图像分割,以识别空气孔隙和储水孔隙。结合微观图像和成分分析,草炭土的微观结构揭示了有机质组分是能够容纳和传导水分的土壤基质。冻融后草炭土的孔径分布表现为中孔比例增加,孔隙总体数量显著增加。因此,量化微观参数表明冻融后草炭土的孔隙连通性增强,孔隙形状复杂程度降低,渗透性增强。通过对非饱和土理论计算的验证表明,核磁共振方法能够有效地表征冻融土渗透性的变化。研究成果可作为高有机质、高纤维含量土壤研究的基础,也可作为草炭土分布区工程建设的参数依据。