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第一章　土体微细结构研究方法1

1.1　土体微细结构力学1

1.2　土体微细结构研究历程2

1.3　土体微细结构的研究方法6

1.3.1　微细结构6

1.3.2　连续介质力学的研究方法7

1.3.3　试验研究方法8

1.4　土体微细结构试验的研究手段10

1.4.1　直接试验手段10

1.4.2　间接试验手段13

第二章　土体微细结构光学测试系统21

2.1 土体微细结构光学静态测试系统结构与试验原理21

2.1.1　测试系统组成21

2.1.2　试验原理24

2.2　试验方法24

2.2.1　试验步骤24

2.2.2　适用范围和主要特点25

2.3　土体微细结构全自动三维跟踪光学动、静态测试系统26

2.3.1　全自动三维跟踪控制系统27

2.3.2　图像采集系统和同步控制系统29

2.4　土体显微成像跟踪技术30

2.4.1 目标运动参量在图像平面上的表示方法30

2.4.2　适于土颗粒运动跟踪的相关公式31

2.4.3　图像跟踪步骤33

第三章　土体微细结构图像的处理方法34

3.1　试验图像采集和处理34

3.1.1　图像的输入和输出34

3.1.2　图像的前处理34

3.1.3　图像预处理38

3.1.4　图像的处理41

3.1.5　图像的分割44

3.1.6　图像的融合48

3.2　微细结构图像特征的提取52

3.2.1　纹理特征提取52

3.2.2　形状特征提取59

3.2.3　其他特征提取64

第四章　利用数字图像测量微细观几何量的方法66

4.1　数字图像相关检测的数学模型66

4.1.1　数字图像相关检测的数学模型67

4.1.2　识别过程的数学描述69

4.1.3　识别函数71

4.2　相对变形对数字图像相关检测的影响74

4.2.1　图像位移的近似数学表达式74

4.2.2　消除相对变形对图像识别影响的方法75

4.2.3　提高数字图像识别的措施77

4.3　利用数字图像测量位移和变形的方法78

4.3.1　图像位移与实际位移的关系78

4.3.2　两时刻间相对位移和变形的计算方法80

4.3.3　连续计算相对位移和变形的步骤81

4.3.4　误差分析83

4.4　土体微细结构几何特征参数的测量方法84

4.4.1　边界的提取方法84

4.4.2　形状特征参数的提取方法88

第五章　黏性土压缩变形的微细结构变化分析90

5.1　黏性土的微细结构特征90

5.1.1　黏性土微细结构和存在形式90

5.1.2　黏性土微细结构的特征92

5.1.3　微细结构与土体工程特性93

5.2　黏性土压缩变形过程中微细结构的变化95

5.2.1　颗粒形态95

5.2.2　颗粒排列形式97

5.2.3　孔隙性98

5.2.4　联结形式99

5.3　黏性土微细结构特征参数100

5.3.1　颗粒几何特征参数101

5.3.2　孔隙性特征参数102

5.3.3　联结形式特征参数103

5.4　黏性土压缩变形与微细结构特征参数的关系104

5.4.1　黏性土压缩试验结果分析105

5.4.2　黏性土压缩变形与微细结构特征参数的关系107

第六章　黏性土的微细结构变化试验研究109

6.1　三轴压缩试验中黏性土的微细结构变化规律109

6.1.1　微细结构定量分析试验步骤109

6.1.2　加载过程中微细结构变化规律110

6.2　黏性土的强度特性与微细结构特征关联分析122

6.2.1　黏性土的强度特性122

6.2.2　结构参数与强度特性的多元回归分析123

6.3　黏性土微细结构特征参数与压缩特性分析124

6.3.1　黏性土的宏观物理力学试验125

6.3.2　黏性土微细结构试验126

6.3.3　压缩系数与微结构参数的回归分析138

第七章　温度变化对水泥土强度影响的微细结构试验研究142

7.1　试验方案142

7.2　水泥土微细结构试验数据分析143

7.2.1　随龄期增长水泥土微细结构变化试验143

7.2.2　单轴压缩条件下水泥土微细结构变化试验144

7.3　从微细结构变化分析水泥土强度增长机理147

7.3.1　水泥土不同龄期强度演化特性分析148

7.3.2　从微细结构演化角度分析水泥土强度增长149

7.4　单轴压缩状态下水泥土微细结构变化研究153

7.4.1　微细结构演化与宏观力学响应的关系153

7.4.2　荷载作用下水泥土微细结构演化特性分析154

第八章　侵蚀环境下水泥土的微观变化试验研究159

8.1　水泥土侵蚀环境设计159

8.1.1　试验材料159

8.1.2　试样制备160

8.1.3　侵蚀溶液制备及其pH的维护161

8.1.4　试验步骤163

8.2　侵蚀性环境下水泥土的微结构变化规律分析164

8.2.1　侵蚀过程中水泥土微结构形态变化的定性分析164

8.2.2　侵蚀过程中水泥土微结构形态变化的定量分析170

8.3　侵蚀性环境下水泥土力学性能变化的微观机理分析179

8.3.1　酸性溶液侵蚀下水泥土抗剪强度指标的微结构特征179

8.3.2　碱性溶液侵蚀下水泥土抗剪强度指标的微结构特征182

8.3.3　NaCl溶液侵蚀下水泥土抗剪强度指标的微结构特征185

8.3.4　无污染水侵蚀下水泥土抗剪强度指标的微结构特征188

8.3.5　侵蚀性环境下水泥土抗剪强度指标的微结构特征分析191

第九章　连续荷载作用下生态土微细结构变化试验研究193

9.1　生态土的物理特性193

9.1.1　物理指标193

9.1.2　有机质分析193

9.1.3　化学分析194

9.2　试验方案194

9.2.1　试样制备194

9.2.2　试验步骤195

9.3　试验结果196

9.4　微细结构特征参数变化规律分析200

9.4.1　颗粒、孔隙面积比例变化规律200

9.4.2　图像灰度熵变化规律201

9.4.3　颗粒、孔隙数目及粒度变化规律201

9.4.4　颗粒、孔隙定向度变化规律202

9.4.5　颗粒、孔隙分布分维变化规律203

9.4.6　颗粒圆度变化规律205

9.4.7　欧拉数变化规律206

9.4.8　微细结构特性演化与宏观力学响应的关系206

9.5　连续荷载作用下不同土性的微细结构演化规律比较207

9.5.1　三种土的宏观力学特性207

9.5.2　三种土微细结构演化特性比较208

第十章　化学溶蚀作用下生态土微细结构变化试验研究212

10.1　试验方案212

10.1.1　化学溶液的配制212

10.1.2　pH的控制213

10.1.3　容器、温度、时间的选择213

10.1.4　试验步骤214

10.2　试验结果分析214

10.2.1　土的质量损失率214

10.2.2　溶蚀反应的化学机理216

10.2.3　溶蚀反应的微观变化219

第十一章　微细结构试验研究在理论分析中的应用227

11.1　黏性土固结变形的递推计算方法227

11.1.1　固结过程中微细结构的变化227

11.1.2　土体固结的本构方程229

11.1.3　土体固结变形的数值计算方法230

11.1.4　计算步骤和算例232

11.2　黏性土剪切破坏的非均匀性分析234

11.2.1　抗剪强度参数与微细结构的相关性234

11.2.2　分布函数235

11.2.3　分布函数中待定常数的确定方法236

11.2.4　试验结果的计算和分析239

主要参考文献241