硅藻土通常是湖沼或海洋環(huán)境下形成的微生物化學(xué)沉積物，主要成分是硅藻外骨骼化石（SiO2· nH2O），多發(fā)育在古近紀(jì)、新近紀(jì)和第四紀(jì)地層中，在全球環(huán)太平洋地震帶相鄰陸地與深海廣泛分布。獨(dú)特的生物成因造就這類(lèi)土具有特殊的物理與力學(xué)性質(zhì)，根據(jù)土質(zhì)分類(lèi)硅藻土常被歸為粉質(zhì)土，但卻具有黏性土的物性指標(biāo)，表現(xiàn)為高比表面積(>100m²/g)，低密度 (< 1.0 g/cm³)，高含水率(最大可達(dá) 450%)以及高阿德堡值，與之不匹配的是，具有類(lèi)似砂性土的剪切阻力（有效內(nèi)摩擦角可能超過(guò)45°）。因此，含硅藻化石沉積物的力學(xué)性狀常被稱為是神秘的，目前引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，也發(fā)展了一個(gè)新的土質(zhì)分類(lèi)體系—化石土。

　　中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所特殊土土力學(xué)組徐倚晴碩士與張先偉副研究員等，通過(guò)環(huán)境掃描電鏡、原子力顯微鏡等微觀測(cè)試技術(shù)調(diào)查了含硅藻化石沉積物的納米至微米級(jí)別的結(jié)構(gòu)特征，發(fā)現(xiàn)硅藻骨架的中空孔隙是造成硅藻土高孔隙比與高液限值的主要原因；借助高壓等應(yīng)變速率壓縮試驗(yàn)，研究含硅藻化石沉積物的壓縮、回彈與水力特性，發(fā)現(xiàn)了大體積的內(nèi)骨架孔隙與硅質(zhì)骨架是引起硅藻土具有高壓縮性與低回彈性的主要原因，同時(shí)高壓下的硅藻漸進(jìn)性破碎會(huì)進(jìn)一步提高土的壓縮潛勢(shì)；最后，耦合宏微觀分析，提出一個(gè)能夠反映硅藻破碎與孔隙結(jié)構(gòu)演化的含硅藻沉積物的壓縮概念模型。本研究對(duì)于深入了解生物質(zhì)沉積物的力學(xué)行為機(jī)理，對(duì)含硅藻軟弱夾層的海底滑坡穩(wěn)定性分析有一定的幫助。

　　近期，巖土期刊Géotechnique的2篇論文報(bào)道了本研究成果，涉及的硅藻顆粒分析方法已經(jīng)授權(quán)計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)2項(xiàng)。研究成果獲得了中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)優(yōu)秀會(huì)員項(xiàng)目和湖北省杰出青年基金項(xiàng)目資助。

　　論文鏈接：

　　https://www.icevirtuallibrary.com/doi/abs/10.1680/jgeot.22.00155

　　https://www.icevirtuallibrary.com/doi/full/10.1680/jgeot.21.00268

　　https://doi.org/10.1080/1064119X.2022.2046664

圖1 含硅藻化石沉積物的微觀結(jié)構(gòu)特征　　　　

圖2 含硅藻化石沉積物的壓縮與水力性質(zhì)