作为一种特殊土体,硅藻土具有密度小、孔隙率大、结构性强、压缩性高等特点,在施工扰动或干湿循环作用下工程性状极易发生改变,引起基坑坍塌、边坡失稳、建构筑物变形过大等事故,给工程建设带来安全隐患。开展硅藻土,特别是涉及重大工程的硅藻土地基的工程特性研究,对于我国硅藻土分布区域的工程建设与灾变防控具有重要的指导意义。本文以嵊州地区典型天然硅藻土为例,通过现场实地调查、室内单元体试验和微观试验对其物理性质及力学特性等展开研究,重点分析结构性对嵊州硅藻土强度和变形的影响,从微观角度揭示嵊州硅藻土的结构性破坏机理,建立结构性破坏过程中微观结构演化与宏观力学性质间的联系。本文主要研究成果如下:(1)根据现场情况和室内崩解试验,改进了适用于硅藻土原状样的取样方法。由X射线衍射技术和扫描电镜观测可知,嵊州硅藻土富含大量轻质硅藻颗粒,其与伊蒙混层等黏土矿物混合构成的独特多重孔隙结构是造成嵊州硅藻土高孔隙比、高含水率、低密度、高塑性特征的内因;嵊州硅藻土的强结构性和高强度特征与土体中丰富的硅质胶结有关。(2)嵊州硅藻土结构应力比高达32,属于强结构性土。根据一维固结试验可知,原状土样的压缩变形过程分可为3个阶段,即平缓段、陡降段、平行段,压缩形曲线的突变点与土样结构屈服应力密切相关。随着硅藻土结构性的破坏,土样压缩曲线、压缩指数及固结系数均出现不同程度的变化,压缩变形特征逐渐接近于重塑土样。微观试验显示,硅藻颗粒随固结压力增加而破碎,颗粒间的胶结作用减弱,孔隙结构与形态发生调整,土体结构性逐渐被破坏。硅藻土的压缩变形规律与其微观结构演化密切相关。(3)天然嵊州硅藻土的无侧限抗压强度比一般土体要大,其值介于253.9 kPa～405.6 kPa之间;重塑土样由于结构性破坏,无侧限抗压强度急剧下降,强度仅为原状土样的5.58%～7.53%。无侧限条件下,原状土样呈脆性破坏,峰值点后轴向应力迅速下降,而重塑土样呈鼓胀变形,无明显脆性断裂现象。(4)常规三轴试验表明,天然硅藻土具有应变软化的特点,土样达到强度峰值后有明显剪切带;重塑土样最终表现为应变硬化,土样为鼓胀破坏。结构性是引起嵊州硅藻土应变局部化现象(即产生剪切带)的重要原因。土样结构性的破坏,使得有效黏聚力c’降低至原状样的1/20左右,但对有效内摩擦角φ’无明显影响。天然硅藻土的剪切带倾角与摩尔库伦公式预测值较为一致。(5)压汞试验表明,嵊州硅藻土的孔径结构以0.1 μm～1.0 μm的小孔隙为主,该组分孔隙体积占土样总孔隙体积的75.62%。压缩过程中,在固结压力小于结构屈服应力之前,各孔径组分变化量较小。当固结压力超过结构屈服应力后,孔隙总体积明显减小,1 μm～10μm的中孔隙和0.1μm～1 μm的小孔隙体积同时下降,孔径分布向小、微孔径范围移动,大、中孔隙的界限变得不明显。嵊州硅藻土孔隙具有多重分形特征。