摘要：岩土材料的力学性能不仅会受到整体行为的影响，而且岩土自身的微结构也会对其有一定的影响。本文主要从静态测试和动态测试两种方法对岩土材料微结构进行研究、分析、总结，并且对岩土微结构未来的发展趋势进行简明的阐述。
关键词：岩土材料；微结构；静态测试手段；动态测试手段
实际的工程表明岩土的工程性质不仅会受到岩土整体行为的影响，而且还会收到岩土微结构的控制，岩土微结构对岩土力学性能的影响尤为明显。不断的研究微结构测试和分析的新办法，是发现微结构变化与工程特性之间变化规律的前提保障。目前已经成功研制出来的岩土微结构试验方法已经有很多，例如压表法、声波法和渗透法等，所有的岩土微结构试验方法可以分为两大类：静态测试方法、动态测试方法。
1、岩土微结构静态测试方法
岩土微结构静态测试只是针对岩土材料受力遭到破坏或者某一特定状态下的微结构形态。静态测试方法在测试岩土微结构在荷载作用下的基本流程为：先在加荷的某个过程卸载，然后制作样品，最后需要将样品放入测试仪器中进行观察。现在岩土工程中最常见的静态测试方法有两种：压汞测试分析法、扫描电子显微镜分析测试法。
1.1压汞测试分析法
压汞测试分析法利用的工作原理是非浸润性液体在没有压力的情况下不会随意流动，压汞法就是利用非浸润性液体这一特性来测定土体孔隙的分布情况。压汞测试分析法的操作比较简单，在实际测试的时候只需要记录两项数据即可：压力、土体体积的变化量，而且压汞测试分析法所测的孔的直径范围也比较大，这样可以有效的反映出大量岩土微结构孔直径的状况。
但是压汞测试分析法也存在不足之处，压汞测试分析法要求所测的孔隙必须是连通且决定干燥的状态，对于直径比较小的孔隙必须经过放大处理后才能进行测试。
1.2扫描电子显微镜分析法
扫描电子显微镜是一种全能的电子光学仪器，是近代才发明出的测量岩土微结构仪器。扫描电子显微镜分析法利用的工作原理是电子束经过聚焦后会变成电子探针，电子探针中高能量的电子在扫描岩土微结构表面的时候可以与试验的物质发生相互作用，进而形成各种我们所需要的信息，这些信息的强度和分布会受到许多因素的影响，例如岩土微结构表面的形状、成分以及表面形态。将采集到的信息进行一定的处理之后就可以得到能够表达岩土微结构形态的量。扫描电子显微镜已经被广泛应用于岩土微结构试验中，因为扫描电子显微镜不仅具有立体感和分析的能力，而且还具有极高的分辨率。
通常生活中所使用的扫描电子显微镜只能对岩土进行静态测试，如果想利用扫描电子显微镜对岩土微结构进行动态测试，就必须对仪器进行相应的改装。但是扫描电子显微镜分析法要求所测的物体能够在长时间的真空环境下具有一定稳定性的固体，在测试之前都需要对岩土材料进行脱水、干燥等一系列的处理，而且测试范围也比较小。
2、岩土材料微结构动态测试方法
岩土微结构动态测试是指既能对岩土微结构特征进行直接的、连续的观察，又能对岩土微结构在受力情况下的变化进行观测。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆岩土微结构动态测试方法有很多种，磁化率法、声波法和渗透法都是属于间接测试，其中的磁化率测试法主要用于岩土材料矿物组成的鉴别，声波法主要检测岩土材料的各向异性，而渗透法则主要用于测定岩土材料的孔隙性，以上三种测试方法在目前岩土微结构动态测试中应用的比较广泛，而气体吸附法是属于直接测试，气体吸附测试法不仅测量的范围有限，而且只能用于测定岩土材料的比表面积。
2.1 X-射线衍射分析法
X-射线衍射分析法主要用于研究岩土晶体构造和矿物成分，该方法主要利用了光学中的干涉工作原理。由于土体矿物的种类不同，所以不同土体矿物的晶格构造也有一定的差异，那么当X-射线射入岩土物晶格时会因为矿衍射现象的不同而出现不同的衍射图谱，因此测试的时候通常会根据衍射图谱的衍射峰值来判断矿物的类型。
X-射线衍射分析法只能用于测试岩土矿物组成比较单一的情况，如果岩土中的矿物组成有多种时，该测试法就不能对测试结构进行有效的解释。
2.2 计算机断层分析法
计算机断层分析法的基本工作原理是利用X射线通过物体时会发现衰变的现象，X射线之所以会发生衰变的现象，是因为物体的密度、活性原子数量和物体的厚度都会对X射线有一定的影响，计算机断层分析法主要是利用X射线的衰变特性去获得被测物体的微结构信息。目前计算机断层分析法在岩土微结构测试中使用也很广泛，因为该类测试方法不仅具有无损、动态，定量检测的优点，而且还可以分层识别材料内部的组成，此外、该类测试法还具有极高的分辨率，可以将被测物体的结构信息通过数字图像等方式显示出来。
计算机断层分析法所测得的数据只是一个标量，该测试技术既不能测出岩土微结构的空间排列方式，又不能测出岩土微结构的定向程度。目前我国对于计算机断层分析测试所显现出的图像刻画仍然处于宏观的分析阶段。
2.3 光学图像测试法
当前我国岩土工程中最常见的光学仪器是固体器件摄像机，用光学图像测试法检测岩土微结构主要是利用了固体器件摄像机可以通过物镜将所测的景物显示在电荷感应光板上面，然后再利用视频图像采集卡将电荷感应光板所得到的模拟图像信号转换成数字图像信号，最后再对得到的数字图像信号进行相应的处理以能够反映岩土微结构变化特征的信息。用光学图像测试法去测试岩土微结构不仅可以有效的反映微结构的变化特征，而且还可以对岩土微结构的大小、形状以及孔隙的大小和形状等进行量化分析。所以，用光学图像测试法去测试岩土微结构已经是岩土工程微结构测试中比较常见的一种测试手段。
虽然光学图像测试法是岩土工程微结构测试中比较新型的测试手段，但是该项测试方法也存在着不不足之处，光学图像测试对测量试样的亮度要求很高，如果被测试样的亮度太高或太暗，那么得到的图像数据的分布将会出现极限饱和的现象，这会对图像的处理结果有一定的影响。最后用光学图像测试法测试岩土微结构的精确度不仅会受到实验装置质量的影响，而且图像算法的选择也会对测试的结果有一定的影响。
结束语
综上，随着岩土微结构测试方法的不断改进，岩土材料的宏观物理特性的研究也已经取得了一定的成效。但是岩土工程特性与岩土微结构之间内在的变化规律还不是足够的清晰，而且岩土工程所想要建立的具有微结构变化特征背景的关系式也不是很明确，所以人们还需要致力于岩土微结构测试方法的研究。
为了能够更深入的了解岩土微结构变化特征，需要有效的利用科学技术的发展成果研究新的测试方法，并研制出高精密、多用途的测试仪器，可以保证仪器能够将得到的岩土微结构的信息与实际情况有效的结合在一起，以方便对岩土微结构的综合分析。
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论文作者:吴兴晶
论文发表刊物:《防护工程》2019年第1期
论文发表时间:2019/5/23
标签：微结构论文; 岩土论文; 测试论文; 分析法论文; 电子显微镜论文; 方法论文; 图像论文; 《防护工程》2019年第1期论文;