工程力学论文哪里有？本文的主要内容是针对昔格达村的昔格达组砂泥岩混合料（以下简称”昔格达混合料“）中砂泥比例变化的工程力学特性研究，其中重点内容是从微观角度分析不同砂泥配比下昔格达混合料与力学性质之间的联系。
1 绪论
1.2 国内外研究现状
昔格达地层的分布区域主要是沿雅砻江、金沙江、安宁河和大渡河分布[10]，面积达 4×104km2。昔格达地层中岩石特有的软岩性质，导致其力学性质的可变性，从而使得软岩边坡的变形和稳定成为困扰工程建设的重大问题。因此，国内外学者对其研究相对较多。
1.2.1 昔格达地层研究现状
常隆庆等[11]在调查过西昌一带的地层后，将沿雅砻江、金沙江、大渡河和安宁河分布，具有不整合现象的青灰色泥灰岩及软页岩等叫做混旦层。在 1958 年地质科学家根据其实际的出露位置在昔格达村才改名为”昔格达层“。曾析耕等[12]调查安宁河东侧后，进一步确定昔格达组地层形成时期为晚第三纪，岩性主要由杂色砂岩、粘土岩、页岩等组成，且岩层中存在层间变形，褶皱断裂等构造现象。可是前人在测年的方法、参考的基础以及取样地的差异上，造成了对昔格达地层形成时代的不同认识。现在主要分歧还是在于其形成于晚第三纪、第四纪还是两个时期的连续沉积[13]。
张宗祜等[14]详细的对昔格达组沉积物进行了系统的分析研究，将昔格达组地层沉积环境演变划分为以湖泊作用和以河流相为主。而从稀土元素的角度分析，昔格达地层在沉积过程中的沉积环境以暖湿还原环境为主[15]。
孟庆会[17]等通过对新开挖的（昆明盆地东缘）昔格达组地层中粘土矿物进行 X 射线衍射半定量分析，得到各矿物成分占比，高岭石约为 70%、蒙脱石约为 5%、绢云母约为 20%以及石英约为 5%。对该样品进行颗粒分析实验得到，粉质粘土岩中粉粒 70%，砂粒 20%，粘粒 10%。在昔格达组粘土岩中，粘粒约 40%，余下 60%全是粉粒。这表明不同泥质含量的昔格达组粘土岩中，粒径分布将会不同。
徐宗恒等[18]为查明西昌昔格达组粘土矿物组成，对西昌昔格达组的样品进行 X 射线衍射分析，得到了西昌昔格达组粘土矿物主要由绿泥石组成，其次有石英、云母、斜长石、方解石等，偶见正长石，鲜有磷灰石。西昌昔格达土的矿物组成中黏土矿物含量明显低于其他地区昔格达土中黏土矿物含量。这表明在不同地区所得昔格达组岩石，所包含的粘土矿物含量亦有较明显的差异性。
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3 昔格达混合料的物理性质
3.1 含水率测定
测定天然状态下的含水率，有利于判定昔格达组砂岩和泥岩按一定比例混合后形成的混合料的含水率，即对天然状态下混合料的含水率进行初步判断，确定混合料天然含水率的范围。进而在工程实践中，为调节混合料的含水率以达到最佳含水率和最佳压实效果提供依据。
因为昔格达组砂泥岩呈韵律层沉积，且砂泥岩中均含有部分有机质等特点，所以本文对于研究区昔格达地层的天然含水率测定选用烘干法。
根据前人研究可知昔格达组泥岩中的粘土矿物主要是伊利石且含量高达 66%以上，除此之外还有绿泥石和高岭石等。徐宗恒等[18]为查明西昌昔格达组粘土矿物组成，对西昌昔格达组的样品进行 X 射线衍射分析，得到了西昌昔格达组粘土矿物主要由绿泥石组成，其次有石英、云母、斜长石、方解石等，偶见正长石，鲜有磷灰石。西昌昔格达组土的矿物组成中黏土矿物含量明显低于其他地区昔格达组土中黏土矿物含量。孟庆会[17]等对新开挖的（昆明盆地东缘）昔格达组地层中粘土矿物进行 X 射线衍射半定量分析，得到各矿物成分占比，高岭石约为 70%、蒙脱石约为 5%、绢云母约为 20%以及石英约为 5%。
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5 昔格达混合料微观结构特征与力学性质之间的关系
5.1 昔格达混合料电镜扫描实验
5.1.1 试样取样与固结
通过第 4 章中击实试验，确定了各昔格达混合料的最大干密度。各混合料均处在最大干密度的状态下，使用环刀对重塑试样进行取样，将环刀所取的一部分试样用于第 4章中的压缩试验和直剪实验。另一部分具有代表性的试样，作为扫描电镜的初始试样，密封保存。
5.1.2 SEM 样品制备
扫描电镜试样制备是观察土体微观结构的关键环节。因为使用扫描电镜观察试样时，试样中的水分子会产生剧烈的涌动，导致试样被污染和结构破坏，所以要想获得更真实的试样微观结构，就必须采用专门的试样干燥方法。普遍采用的试样制备方法包括烘干法、置换法、风干法、界点干燥法以及真空冷冻干燥法等[27]。本实验为了保证在干燥过程中不破化重塑样自生的结构，采用真空冷冻干燥的方法来制备扫描电镜试样[47-52]。
首先将密封保存的 5 组试样进行解封，选取试样中心未被扰动的部位，用涂抹了凡士林的切土刀将试样切成 20mm×20mm×20mm 的毛坯样，用手将试样掰开，选取相对平整的破裂面，用于扫描电镜下观察。在破裂面形成的基础之上，将其余面用涂抹凡士林的钢丝切成 6mm×6mm×8mm 的观察样。对试样进行编号，其余 4 组试样采用同样的手法制得一共 5 组得观察样。将 5 组观察样放入冰箱中冷冻成形，固定观察样内外结构，随后放入真空冷冻干燥机中对观察样进行真空干燥处理。扫描中入射电子束的照射会在样品表面引起电荷聚集，导致扫描图像质量变差，因此，需要在试样表面进行薄金膜喷镀处理。
在上述制备观察样的基础之下，利用扫描电镜就可以观察到观察样不同位置、不同放大倍数下试样的微观结构图像，随之选取具有代表性的位置，进行放大 1000 倍、2000倍的处理，得到对应的图像，随后对图像进行分析处理。
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5.2 微观图像定性分析
5.2.1 不同砂泥配比混合料与微观结构的关系
通过上述实验手段，将制得的昔格达混合料试样用扫描电镜观察得到下列图片（图5-1），各混合料放大相同倍数均为 2000 倍。进而对扫描电镜下土颗粒的接触形态、形状特征、大小等进行描述和分析。
1、基本单元的接触形态
从图中可以看出，混合料中主要是由大量片状颗粒、外侧包裹部分粘土絮状体组成，这些大量的片状物构成实体式结构，少量片状颗粒相对独立，互相之间没有接触，形成颗粒间的孔隙结构。这些片状结构体以面-面的方式形成，结构较松散。他们没有较强抵抗外力的作用，在压力的作用下，极易发生错动，向着减少孔隙的方向作用。部分颗粒由于自身抵抗变形的能力较弱，导致自生结构发生破坏，形成较为致密的结构形式。
随着混合料中泥岩的含量增加，扫描电镜中观察到的片状结构逐渐变大，这是由于混合料中粘土矿物的含量增多引起的，另外就是粘粒含量增多，它们主要附着在颗粒表面形成絮状物，将颗粒牢牢的胶结在一起，使得较为小的片状颗粒结合得更为紧密，原本较为独立和微小的粘粒或片状颗粒组成体积较大的团状颗粒，因此，在扫描图像中表现出片状颗粒变大的现象。此时，颗粒间简单的接触关系变成用絮状物胶结形成的片状-胶结结构，从而提高混合料颗粒之间粘结的能力。
图 5-1 昔格混合料 SEM 图片
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6 结论
6.1 取得的主要成果
本文就四川省攀枝花市昔格达村砂泥岩组成的混合料进行研究，结合野外地质调查，对研究区的砂泥岩样品进行室内实验，主要研究在不同砂泥配比下昔格达混合料的抗剪强度和压缩性。从不同砂泥配比的混合料开始，对各配合比混合料的压实效果、微观结构参数、压缩性和抗剪强度进行测定。同时，探讨微观结构参数和矿物含量与混合料压缩性和抗剪强度变化之间的关系。研究结果如下：
（1）通过室内土工实验，确定了混合料的最大干密度和最佳含水率。在相同的击实功作用下，混合料的最大干密度随着泥岩含量的增加而降低，建立了混合料中泥岩百分比含量和最大干密度两者的关系式。混合料的泥岩含量处在 20%~60%时，压实效果较好。
（2）采用室内固结试验得到了泥岩含量的变化对混合料压缩系数的影响较小，且均处于中压缩性土范围内。泥岩含量的变化对混合料的压缩性并不敏感。在实践中，可以根据混合料中泥岩得百分比含量来确定压缩系数的大致范围，也可以针对理想的各项强度指标反过来确定混合料中泥岩的百分比含量。
（3）通过直剪实验和三轴压缩试验确定了不同砂泥配比下混合料的压缩性和 C、φ 值的变化规律。混合料的压缩性和 C 值随着泥岩含量增加，呈现出同步增加的现象；φ 值呈现减小的趋势，相比之下 C 值随泥岩含量的变化非常明显。将混合料中泥岩百分比含量同压缩性和 C、φ 值进行拟合，得到了它们各自之间有较强得相关性。两类实验结果均表明泥岩含量 50%~60%时，在 100kpa~400kpa 的正压力下，抗剪强度能达到峰值。因此，综合上述实验结果可以确定泥岩含量在 50%~60%时，可以得到工程力学性质最佳的砂泥配比混合料。
（4）借助扫描镜对混合料组成的重塑样进行观察，采用 PCAS 软件对扫描后的图像进行统计。
①当混合料中泥岩含量高于 60%时，击实最大干密度出现骤然降低的现象，在泥岩含量处于 60%时，混合料还可以看到较为密实-片状结构，当含量处于 80%时，基本上只能看到相对独立的片状结构，孔隙较为明显，对应击实效果较差。因为砂岩含量较多的混合料结构压缩初始时已经较为密实，想要再被压缩所需条件更为苛刻。这就造成了在相同压实条件下，泥岩含量越多的混合料，轴向形变越明显，孔隙比下降趋势越大，压缩系数也就越大。从混合料抗剪强度来看，随着混合料中泥岩含量的增多，扫描电镜中所观察到的结构较为松散，颗粒之间的摩擦系数减小，即内摩擦角降低。另一方面，由于此时粘土矿物的增多，导致颗粒之间相互吸引的能力变强，即黏聚力增大。因此，在工程实际中，确定最大剪应力，可以寻找到颗粒间接触面积较大和粘土矿的吸附能力较强的一个平衡点。由第四章中分析得到的混合料相对较好的力学性质所对应的泥岩含量可知，泥岩含量为 50%~60%时，正好对应微观角度分析到的最佳平衡点。
参考文献（略）
