文献综述（或调研报告）：
- 引言
随着土力学学科的不断发展，人们发现土的宏观强度特征和土的微观下的结构形态有着密切的关系。但是对土的微观结构的研究比较困难，尤其是在测试手段和分析方法上的限制，使得在初期大量学者所提出的土微结构模型都不能正确地模拟土在荷载作用下的微观行为和形态变化。不过随着整体科学技术的进步，越来越多的新型的微观结构测试和分析方法的出现，土微观结构的实际形态的测试也越来越准确。尤其是计算机技术的革新， 对土微观结构的发展起到了非常重要的作用。
- 土微观结构的研究历史
对于土的微观结构的研究，是从上个世纪开始的，土力学的创始人Terzaghi在1925年首先提出：粘土的“蜂窝状结构”是在自然沉积过程中很常见的一种结构形态，他所倡导的土的微结构概念与思想是土微结构研究的开端。之后在第二年（1926年）Goldschmidt提出了土的片架排列结构，他认为高灵敏度粘土中的粘土颗粒是不稳定的片架排列，但是在低灵敏度的粘土中却有较大密度和较稳定的排列；1932年， Casagrade在Terzaghi所提出的“蜂窝状结构”基础上进一步发展，他根据土所受压力大小的不同将粉粒骨架中粘土的排列称为 “基质粘土”和“键合粘土”；奥地利的土壤学家、土壤微观形态学的创始人W. L. Kubiena是土壤微形态学的开创者，他从土壤学角度出发，在研究了大量的土壤微结构形态之后，提出了土壤微结构形态描述体系以及一系列大量的术语，这是土的微结构分类的重要依据，同时也是历史上首次对土微观结构进行系统的研究。而他在1938年出版的《微土壤学》标志着土壤学新的分支学科——土壤微形态学的建立。
随着科学技术的发展，光学显微镜、偏光显微镜、X射线衍射等技术的发明，土微观结构的研究也得到了进一步的发展，研究者们也相继提出了一些新的概念和思想。Lambe(1953-1959)根据胶体化学和双电层理论，提出了边——边和边——面接触的开放形式的非盐絮凝结构、面——面和边——面接触的盐絮结构以及面——面接触的分散排列结构；Seed (1959-1960)根据一般化学原理的土工程特性的不同表示，来推断土的结构性，并重点强调了土颗粒定向排列的作用；1963年，VanOlphen提出了“几何体”的结构模型，开创了土的“团粒结构”研究；1964年，R. Brewer提出了形成复合颗粒的基本颗粒和复合颗粒本身以及相应的孔隙大小、形状和排列所表现的土的物理构成，第一次提出了“组构”的概念；1957年，我国学者陈宗基提出了片状颗粒的接触形式，提出了“陈氏固结流变理论”和“陈氏粘土卡片结构”，并给出了相应的三维网络模型；1962年，常宝琦提出了土结构是颗粒排列的规律性和颗粒间联结性质规律性的统称，结构可分为构造和粘聚力两部分。
随着电子信息技术和新的数学方法的出现，扫描电镜、电子探针以及透射电镜等新技术和分形几何法、平均方向角、定向分布函数以及微结构因子等新概念的出现，使得土微观结构在定量方面的研究有了一定的进展，1967年， Morgenstern和Ichalenko根据粘土矿物的双折射性质，通过偏光显微镜所测得的双折射比，测试出试样中扁平粘土矿物颗粒的定向程度；1973年，N. K. Tovey利用液氮冻干技术和电镜扫描胶带剥离技术对原状土的结构性进行了研究，提出了土体微观结构的微观图像定量分析的方法；同年，HidekiOhta提出了土微结构在受力作用下的理想模型；1976年，Yong和Mitchell利用电子显微镜等技术手段，把土体结构性研究由单粒结构推广到团粒结构； Bazanet教授领导的研究小组建立了粘性土的变形、蠕变以及岩石和混凝土断裂等方面的微观力学模型，首次在本构关系中考虑了微观结构因素。1980年，高国瑞提出了黄土显微结构的十二种类型，1984年，他将中国海相沉积士微结构划分为十种类型，发现不同的土微结构在宏观上具有不同的工程力学性质；1981年，谭罗荣指出湛江粘土的组构单元是由许多单片堆叠成的片堆颗粒单元、粒状碎屑物和少量单片粘土颗粒组成的，试样的孔洞中填充着许多规则的多面体晶体；1990年，吴义祥利用计算图象分析技术从信息嫡角度对结构性粘土的排列状态进行了定量分析； 1995年，胡瑞林总结出了结构性粘土微观结构的主要特征：颗粒排列特征、孔隙性、结构单元特征、结构连接。
- 目前土微观结构的研究进展
目前细粒土的微结构形态量化信息提取和研究常用的方法主要有压汞法、气体吸附法、X-射线衍射法、电弥散法、磁化率法、渗透性法、声波法、偏光显微光度法和计算机图像分析等。
2000年，齐吉琳、谢定义通过研究电镜扫描结果，认为孔隙分布曲线是定量描述黄土微结构特征的有效方法，将孔隙分布曲线与颗粒大小分布曲线进行综合比较，可以揭示黄土的结构性；肖树芳、雷华阳用结构性参数的不同变化说明塑性体应变和塑性偏应变机理；姚海林利用人工合成的针铁矿胶结高岭土的微观胶结机理和模型,计算了天然针铁矿胶结的贵州红粘土的粘聚力的理论值，揭示了该天然胶结土粘聚力的微观本质。
在微观结构定量研究方面: 1994年，Bai和Smart定义了一套定向性指标，通过电子显微镜，研究了固结不排水剪切过程中粘土颗粒的定向性；施斌运用Videolab图像分析系统对粘性土微观结构进行研究，提出了概率熵、各向异性、粘土矿物和定向频率分布函数表征土微观结构几何特征的定量化指标，并把这些指标与宏观力学参数进行相应分析；1997年，王清通过SEM图像处理技术,提出了粘性土微结构中结构单元体形态、定向性、孔隙特征等结构要素的定量评价指标；王宝军利用GIS提供的三维可视化方法和三维分析模块，对土样的SEM微观结构图像进行处理和分析，实现了微观结构表面的三维重建和可视化。
还有很多学者探讨了用数值方法来模拟微结构，并进行定量的分析：2000年， A. Anandarajah应用基于离散元的集合分析技术对颗粒定向性的各向异性进行了研究，指出了宏观的应力——应变关系决定于颗粒束与束之间的接触；2001年，A. G. Papadimitriou考虑微结构的影响，引入了组构演化指数，并把这一指数引入到存在的本构模型，通过模拟对比，验证了指数的有效性。C. Haynie数值模拟了一维与二维微结构，应用小波变换研究了微结构的尺度效应；2006年，H. Bock、P. Blumling和H. Konietzky通过颗粒流软件(PFC)建立了一个新的模型，其中包括絮状的土颗粒、颗粒周围的结合水、孔隙中的自由水和固结后形成的特殊结构；周建也基于颗粒流理论，引入不同的颗粒接触连接本构模型，分别建立了砂土和粘性土的颗粒流模型，从细观力学角度对土的工程力学特性作了初步的研究。
近年来，分形几何理论地飞速发展，为土微结构的研究提供了新的思路，人们普遍认为分形理论很可能成为有效解决土微观结构量化问题的突破点。1995年，Moere. C. A和DonaldsonC. F引入分形理论对砂土的微观结构进行了研究，得出了砂性土的颗粒形态具有分形特征，这标志着土微观结构定量化研究跨入到一个新的台阶；1993年，刘松玉推出了粒度分维分析方法，提出了大量的微结构量化参数；2000年，李向全根据土体具有的非线性特征，运用分形几何理论提出了粒度分维、颗粒定向分维等7项定量表征土体微结构状态的分维指标，发现固结过程中软土微结构要素调整变化具有明显的阶段性。王清用分形几何法对孔隙的分布与强度之间的关系进行了探讨，并根据土孔隙的分形特征重新确定了粘性土孔隙划分的界限。1999年，胡瑞林提出分形结构的湿陷性控制机理。2006年，徐永福指出不同成因的膨胀土其粒度分布的分维也不同。柳艳华从多重分形的角度对孔隙的不均匀性进行定量描述，并建立孔隙多重分形谱各特征参数与荷载之间的关系。
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