趙 恒 李明俊

(南昌航空大學(xué)土木與建筑工程學(xué)院，江西南昌 330063)

0 引言

大量工程實(shí)踐表明，土體微結(jié)構(gòu)與宏觀力學(xué)性質(zhì)之間聯(lián)系緊密。1925年，土力學(xué)家K.Terzaghi就提出，在評價土體的工程性質(zhì)時，需考慮其微觀結(jié)構(gòu)(microstructure)影響[1]。我國著名土力學(xué)專家沈珠江院士也預(yù)言，21世紀(jì)是土體微結(jié)構(gòu)力學(xué)的世紀(jì)[2]。土體微觀結(jié)構(gòu)的揭示具有重要的意義和價值。在前人的不斷努力下，目前已有大量測試方法且卓有成效，但尚不完善，應(yīng)用中還存在不少問題。為擴(kuò)展其應(yīng)用，在綜述微觀結(jié)構(gòu)測試方法發(fā)展歷史和應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，通過對目前主要微觀測試方法及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行評述，區(qū)分不同方法的使用，同時指出當(dāng)前測試方法存在的不足，并對今后的研究發(fā)展提出了建議。

1 國內(nèi)外土微觀測試方法發(fā)展歷程

1.1 土微觀測試方法的歷史發(fā)展

自從土體微觀結(jié)構(gòu)概念被提出來后，該領(lǐng)域的研究日益被重視。20世紀(jì)30年代，就有學(xué)者利用光學(xué)放大鏡對土體進(jìn)行研究，如Terzaghi(1925)、Casagrade(1932)、W.L.Kubiena等，此時只是粗略觀察和定性分析。60年代末掃描電鏡被引入，Gillott(1969)通過掃描電鏡(SEM)對細(xì)粒土顆粒的排列進(jìn)行了系統(tǒng)研究；Tovey[3](1973)提出了液氮凍干和電鏡掃描膠帶剝離技術(shù)，土原狀結(jié)構(gòu)更容易被獲取。高國瑞[4](1981)通過SEM探究膨脹土膨脹結(jié)構(gòu)上的變化。此時研究水平雖有深入但未達(dá)到定量研究階段。Delage[5](1984)對原狀和重塑黏性土的凍干、烘干狀態(tài)作掃描電鏡(SEM)、壓汞法(MIP)測試，定量分析了孔隙和壓縮各向異性。Wu[6](1990)應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖像分析技術(shù)對結(jié)構(gòu)性黏土排列作了定量分析；Shi和Li[7](1995)將Videolab系統(tǒng)應(yīng)用于我國某些黏性土電鏡圖片，定量分析了結(jié)構(gòu)定向性、有序性。Delage等[8](1996)結(jié)合SEM和MIP對淤泥微觀結(jié)構(gòu)作了定性定量分析，探究了含水狀態(tài)與微觀結(jié)構(gòu)和三相分布的關(guān)系。

Pittman和李彥蘭[9](1992)在分析大量砂樣基礎(chǔ)上，從其壓汞曲線得到孔隙度與其他參數(shù)的相互關(guān)系。楊 洋等[10](2006)采用壓汞法對膨脹土孔隙相關(guān)性質(zhì)做了研究。王洪興等[11](2004)對小浪底庫區(qū)滑坡帶黏土礦物X射線衍射數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析，得到了土顆粒中的定向情況。近十幾年來，CT法的運(yùn)用的到了快速發(fā)展，陳正漢等[12](2001)研制了能與CT機(jī)配套使用的非飽和土三軸儀，施 斌和姜洪濤[13](2000)在日本地質(zhì)調(diào)查所工作期間，開發(fā)了可進(jìn)行動荷載測試的CT裝置。土體結(jié)構(gòu)研究除了有效的測試手段外，同時需要合理科學(xué)的解釋理論，分形維數(shù)在描述復(fù)雜結(jié)構(gòu)上具有獨(dú)特的優(yōu)勢，成為土結(jié)構(gòu)研究的一個新途徑。分形fractal由拉丁文fractus轉(zhuǎn)變而來，由Benot Mandelbrot于1975年提出。其在很多領(lǐng)域中都得到了應(yīng)用，在土結(jié)構(gòu)研究中也得到了很多學(xué)者的注意。20世紀(jì)90年代，國內(nèi)外一些學(xué)者結(jié)合分形理論在土體的結(jié)構(gòu)研究上取得了大量的成果。Young和Crawford[14](1991)提出了簡單測試分形維數(shù)D的方法并初步探究了分形維數(shù)在量化土體異質(zhì)性方面的應(yīng)用。Zeng等[15](1996)與Payton等[16](1994)提出分形維數(shù)結(jié)合分形非均勻性共同描述土體的微觀差異猜想。Zeng等[15](1996)基于CT法對猜想進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明二者結(jié)合能夠有效區(qū)分土壤結(jié)構(gòu)細(xì)微差別。Wang等[17](2004)利用ArcGIS軟件處理電鏡圖片并計(jì)算了黏性土的分形維數(shù)。這對復(fù)雜土體定量分析具有價值。

1.2 土微觀測試方法的發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前，測試方法的規(guī)格變得更高。常用測試方法包括掃描電鏡法(SEM)、壓汞法(MIP)、激光衍射法(LD)、氣體吸附法(BET)、X射線衍射法(XRD)、傅里葉變換紅外光譜法(FTIR)等。涂新斌等[18](2003)結(jié)合光學(xué)顯微鏡和Qwin圖像分析系統(tǒng)定量分析了花崗巖方向孔隙度、形狀系數(shù)、定向性等微觀參數(shù)。王寶軍等[19](2010)將分形理論和土體微觀結(jié)構(gòu)相結(jié)合，利用SEM與MIP得到土體的孔隙數(shù)據(jù)，建立了更精確的土孔隙模型，這對于揭示更深層次微觀結(jié)構(gòu)具有價值。閆小慶[20](2014)利用多種微觀測試方法，包括MIP、SEM、LD、BET等，從微觀角度分析軟土孔隙結(jié)構(gòu)特征及其對滲透固結(jié)特性的影響，得到大量有用結(jié)論。de Carteret等[21](2013)針對澳大利亞旱地道路受鹽腐蝕作用被破壞的問題，利用MIP與SEM分析路面材料在受到不同狀態(tài)下鹽作用的微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征，得到了其對宏觀力學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律，這有利于道路的養(yǎng)護(hù)。Lirer等[22](2017)針對那不勒斯海港的沉積物廢土再利用問題綜合采用LD、SEM和FTIR多種方法，對混合改造土樣的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測試，研究結(jié)果對廢棄土壤的再利用和環(huán)境保護(hù)具有重要價值。Nazerigivi等[23](2018)利用聲發(fā)射(AE)對混凝土內(nèi)部的裂縫進(jìn)行了研究。Zouaoui等[24](2016)綜合利用多種微觀測試手段研究陶瓷產(chǎn)品中黏土原料的影響，除了XRD、SEM，還包括熱分析(DTA / TG)和物理機(jī)械分析等。該研究系統(tǒng)和全面地分析了微觀結(jié)構(gòu)動態(tài)變化過程，這有利于深刻揭示影響機(jī)理和改善產(chǎn)品性能。徐世民[25](2017)使用MATLAB與Image-Pro Plus(IPP)軟件對黃土電鏡圖片進(jìn)行較準(zhǔn)確的微觀參數(shù)提取，構(gòu)建了考慮微觀結(jié)構(gòu)性參數(shù)的黃土本構(gòu)關(guān)系。尹曉萌[26](2017)利用偏光顯微鏡、SEM、聲波測試對鄂西北武當(dāng)群片巖的微觀和宏觀各向異性進(jìn)行了分析。陳 毅等[27](2018)在對遺址土自然風(fēng)化情況研究中，以土體的微觀結(jié)構(gòu)變化為研究對象，采用SEM和MIP對土體內(nèi)外孔隙進(jìn)行了測試分析。研究成果對遺址的保護(hù)具有重要意義。顧穎凡等[28](2018)采用冷凍干燥法獲取各土層的微觀結(jié)構(gòu)SEM圖像，使用PCAS分析軟件對土樣進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)分析，結(jié)合微觀結(jié)構(gòu)和宏觀力學(xué)性質(zhì)，得到了沉積土層宏觀性質(zhì)在空間上的變化規(guī)律。

微觀測試方法的發(fā)展速度非常迅速，發(fā)揮的作用也越來越大，從前面的論述當(dāng)中可以發(fā)現(xiàn)微觀測試手段的發(fā)展應(yīng)用歷程具有從定性到定量、從間接到直接、從靜態(tài)到動態(tài)的發(fā)展特點(diǎn)。目前基本采取多種手段聯(lián)合測試，圖像處理系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)充分得到使用。此外，除了觀測手段所使用儀器和技術(shù)日益完善外，新手段也在不斷地得到應(yīng)用。

2 土微觀結(jié)構(gòu)當(dāng)前主要測試方法及優(yōu)缺點(diǎn)

從研究水平來看，土體的微觀研究經(jīng)歷了從定性到定量的發(fā)展歷程，從研究手段看，可分為兩大類:①直接法：如光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡、氣體吸附法、壓汞法；②間接法：光學(xué)顯微鏡(顆粒定向性研究)、X射線衍射、磁化率法、CT計(jì)算機(jī)透析成像、電彌散法等。每種測試方法的研究適用范圍和特點(diǎn)不盡相同。土微觀結(jié)構(gòu)測試主要針對于原狀土而言，在微觀測試中應(yīng)保證土樣的原狀性。下面闡述主要的測試方法。

2.1 光學(xué)顯微鏡法

20世紀(jì)30年代，土體微觀測試就用到了顯微鏡技術(shù)[29]，光學(xué)顯微鏡通過放大微細(xì)部位，可對土樣孔隙顆粒分布、土粒樣貌進(jìn)行研究。偏光顯微鏡通過偏光裝置將普通光變成偏振光，通過測定光折射的各向異性來判斷顆粒擇優(yōu)定向性。該法關(guān)鍵技術(shù)是對土樣的處理，即制得易于測試和反應(yīng)真實(shí)結(jié)構(gòu)的土體薄片。這一方面技術(shù)主要有國外學(xué)者提出的浸膠法[1]和土壤磨片技術(shù)[30]。

(1)土樣制備

主要包括土樣固結(jié)、磨片、清理和觀測[30]，關(guān)鍵技術(shù)主要為前兩個部分。

1)固結(jié)，為避免土結(jié)構(gòu)因疏松多孔在試驗(yàn)中被破壞，需煮膠硬化土體。固結(jié)劑用松膠與二甲苯按照3∶1配制，首先將固結(jié)劑60 ℃恒溫下融化，放置土體保持3～4 h，再在100～105 ℃下保持40 h，升溫至130～135 ℃保持6 h，保證土樣孔隙充滿試膠。然后降至115～120 ℃繼續(xù)固結(jié)。最后用恒溫箱給土樣降溫，降溫速度需適中。

2)磨片，包括粗磨和細(xì)磨。首先利用磨片機(jī)加入600號金剛砂粗磨土樣至0.8～1 cm，清洗后加入3000號金剛砂與甘油細(xì)磨，將土樣磨至0.02～0.03 mm。最后利用加拿大膠將土樣和載玻片、蓋玻片粘結(jié)。若發(fā)現(xiàn)未煮透部分要重新固結(jié)，玻璃片閉合時要避免氣泡的產(chǎn)生。

(2)光學(xué)顯微鏡適用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)

光學(xué)顯微鏡尺度介于微觀掃描電鏡與宏觀力學(xué)試驗(yàn)，避免了掃描電鏡觀測區(qū)小和宏觀試驗(yàn)假設(shè)不實(shí)際的缺陷[18]，用于觀察土樣粗組構(gòu)特征，如顆?？紫兜姆植继卣?，土樣扁平狀顆粒的定向程度。此外，偏光顯微鏡還可作為X射線衍射的補(bǔ)充手段，設(shè)備簡單、成本低。但是該法土樣制備較麻煩，耗時長，不能滿足定量的研究需求。

2.2 SEM掃描電鏡法

20世紀(jì)60年代末期，電子技術(shù)的發(fā)展促使土體微觀結(jié)構(gòu)觀測手段進(jìn)一步發(fā)展，相關(guān)的技術(shù)手段如掃描電鏡(SEM)、探針(Electronic probe)、透射電鏡(TEM)等大量應(yīng)用到了土體的微觀結(jié)構(gòu)測試當(dāng)中。在掃描電鏡的助力之下，定量研究工作得以開展。其基本原理是SEM利用高能量電子束探針進(jìn)行掃描土樣，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)處理收集到的電子束回饋信息得到微觀結(jié)構(gòu)的定量信息。測試步驟主要包含土樣制備、土體觀測、數(shù)據(jù)處理三部分。

(1)SEM的關(guān)鍵技術(shù)

首先，土樣是試驗(yàn)的首要條件[1]，制備過程包含土樣孔隙液體的去除和新鮮觀察面的獲取。

目前，土體干燥方法[31-33]包括風(fēng)干(air drying)、臨界點(diǎn)干燥(critical point drying)和冷凍干燥法(freeze drying)，前兩種方法對土樣結(jié)構(gòu)破壞明顯，結(jié)果誤差大。冷凍干燥法效果最好，其原理是利用非結(jié)晶冰升華干燥。用液氮(-193 ℃)冷卻戊烷，再快速凍結(jié)土樣，使孔隙水直接變成非結(jié)晶冰(非結(jié)晶冰體積不膨脹)，然后在真空環(huán)境中加熱升華干燥。該方法的優(yōu)點(diǎn)是對土體結(jié)構(gòu)破壞小，結(jié)果準(zhǔn)確度高；但對儀器要求高，操作復(fù)雜，李生林等(1985)開發(fā)了我國的第一臺冷凍真空升華干燥儀，目前該法已經(jīng)成為制樣干燥主流方法。

表面的獲取有膠帶揭皮法[34]、人工掰斷法和施斌團(tuán)隊(duì)開發(fā)的冷凍刀切法[35]。

①揭皮法：指將表層土揭下來，除表面擾動結(jié)構(gòu)，暴露新的完整內(nèi)部環(huán)境，需要綜合考慮揭皮膠的滲透性、膠著強(qiáng)度、親水性等。但該方法較粗糙。

②人工掰斷法：對已干燥土樣，用鋒利刀片刻出一條深溝，用手小心掰裂土條，暴露出觀測面。掰裂的觀測面一般需要進(jìn)行洗耳球吹去浮動顆粒、膠帶粘除、打磨紙磨平等處理。曹 洋[36](2013)對三種方式做了對比研究，實(shí)際效果如圖1所示。

圖1 掰裂觀察面三種處理方式的效果對比圖(據(jù)曹 洋，2013)

其中圖1(b)與圖1(c)都對土片狀結(jié)構(gòu)有破壞。實(shí)際效果表明，圖1(a)用洗耳球吹去浮土效果最好，原結(jié)構(gòu)得到了保留。

③冷凍刀切法：適用于含水量較高的土體。利用鋒利的小刀快速切開冷凍的土樣，再在低溫真空下使非結(jié)晶冰升華干燥，其中觀測面的暴露在干燥操作之前，這是和人工掰斷法的不同之處。由于干燥土不導(dǎo)電，電鏡掃描時，一般需對土樣表面鍍金1～2次。

其次，土體的觀測過程也可能對結(jié)果產(chǎn)生誤差。唐朝生等[37](2008)分析了土電鏡圖片閾值、放大倍數(shù)、分析區(qū)域等因素對微觀信息計(jì)算的影響，其中放大倍數(shù)和閾值對土體微觀計(jì)算影響較大。不同閾值和不同放大倍數(shù)的電鏡圖片如圖2、圖3所示。

圖2 不同閾值條件下土顆粒的形態(tài)特征(據(jù)唐朝生等，2008)

圖3 不同放大倍數(shù)下土的SEM照片(據(jù)唐朝生等，2008)

最后，對于圖片微觀結(jié)構(gòu)信息特征進(jìn)行準(zhǔn)確合理分析同樣十分關(guān)鍵。

(2)掃描電鏡的適用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)

SEM優(yōu)點(diǎn)是適用范圍廣，可用于大多數(shù)土體，與計(jì)算機(jī)相關(guān)軟件結(jié)合，具有強(qiáng)大信息提取功能，如孔隙形狀系數(shù)、顆?；蚩紫抖ㄏ蛐?、各向異性率及孔隙分形等。此外，還具有大倍數(shù)、強(qiáng)立體感、高分辨率等優(yōu)點(diǎn)。1997年Rajasekaran等[38]采用SEM檢查改性土的微觀結(jié)構(gòu)變化時有較好效果。但缺點(diǎn)是需對土樣進(jìn)行干燥、鍍膜處理，在圖片處理中參數(shù)的設(shè)定人為因素干擾明顯。

2.3 壓汞法與氣體吸附法

壓汞法(MIP)與氣體吸附法(BET)具有相似性，都被用于孔隙的研究，前者主要用于大孔隙，后者只能測定小孔隙且對納米級孔隙很有優(yōu)勢[39]。原理為通過測定土體在一定壓力下介質(zhì)充入量來計(jì)算孔隙的各種特征參數(shù)。氣體吸附法中介質(zhì)可采用CO2或N2。

(1)壓汞法測試?yán)碚?/p>

汞具有不濕潤土體的特點(diǎn)，在壓力下才能進(jìn)入土體內(nèi)部孔隙，汞的壓入量與孔隙孔徑之間關(guān)系如式(1)和式(2)：

pπr2=-2πrσcosα

(1)

p=-2σcosα/r

(2)

式中：p為平衡時壓力；r為孔隙半徑；σ為汞的表面張力系數(shù)；α為汞對材料的浸潤角。

劉培生等[40]指出σ=485 dynes/cm，α=130°。試驗(yàn)前需要對樣品進(jìn)行干燥和真空處理。干燥有風(fēng)干、烘干和凍干法等。閆小慶等在膨潤土試驗(yàn)研究表明凍干法的實(shí)際效果較好[20]。

(2)氣體吸附法測試?yán)碚?/p>

根據(jù)BET法和開爾文方程[41]，BET法可測土孔隙比表面積和孔隙體積。經(jīng)證明，當(dāng)相對壓力值為0.25～0.3時，氣體分子以單分子分布于孔隙的內(nèi)表面。BET法即基于此計(jì)算孔隙表面積。氣體吸附量與壓力、單分子容積(單位體積氣體的單層覆蓋面積)可用關(guān)系式(3)表示。

(3)

式中：V吸附為在平衡壓力下吸附的氣體體積；P0為飽和壓力；C為常數(shù)。

若以P/V吸附(P0-P)為縱坐標(biāo)，P/P0為橫坐標(biāo)，可計(jì)算出單分子容積，進(jìn)而容易得到孔隙的表面積。同時假設(shè)孔徑都為圓柱體，利用吸附體積和表面積，可以得到平均孔徑。

(3)氣體吸附與壓汞法適用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)

MIP可測孔徑范圍幾納米到幾百微米，范圍較廣；但其有劇毒、易揮發(fā)，所測土樣必須干燥內(nèi)部孔隙連通，對于墨水瓶孔隙(ink bottle)，即大孔隙通過小孔徑與表面相通的情況會造成小孔隙含量偏高和大孔隙偏低的誤差[42]。BET對于納米孔隙效果極好，缺點(diǎn)是使用范圍小，測試周期時間較長。

2.4 X射線衍射技術(shù)

X射線衍射技術(shù)(XRD)的基本原理：土壤介質(zhì)中，含有大量片狀黏土礦物顆粒，顆粒(00l)晶面與扁平顆粒表面一致，而(020)晶面與(00l)相垂直，利用XRD可得到兩個晶面上的衍射強(qiáng)度，定向性可由兩個方向衍射強(qiáng)度(I00l和I020)表示[43]。其中不同面的顆粒數(shù)與該面衍射強(qiáng)度I成正比。

(1)XRD測試過程

XRD在20世紀(jì)70年代已被運(yùn)用，但缺乏較明確的表達(dá)式。這里以譚羅榮(1981)給出的表達(dá)式對土體X射線衍射測試過程進(jìn)行闡述[32，43]，定向度R的表達(dá)式如式(4)所示。

(4)

式中：n∥為土體中平行于基面的顆粒數(shù)；n⊥為垂直于基面顆粒數(shù)(基面指天然土體沉積面或最大受力的垂直面)；試驗(yàn)過程如圖4所示。

圖4 定向度測試過程圖

(2)XRD適用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)

X射線衍射可分析土體成分和顆粒的定向度，測定結(jié)果具有統(tǒng)計(jì)性，測量的面積和深度較大；但直觀性差。

2.5 CT法

CT法于20世紀(jì)90年代被引入到土壤科學(xué)研究中，全稱是計(jì)算機(jī)斷層分析法(Computerized Tomography，CT)。CT原理是利用X射線對土體穿透，通過探測器接受并轉(zhuǎn)化射線衰減信息來揭示土樣中的微觀結(jié)構(gòu)[10，44]。CT法具有獨(dú)特優(yōu)勢，目前運(yùn)用越來越多且成果頗豐。

CT法可以被用來測試土體中的大孔隙，分析土體一般結(jié)構(gòu)性變化，研究土體受力過程中的裂隙演化等。但目前主要用于特殊土體中，如膨脹土、黃土等，見表1。CT法具有無損性、可重復(fù)性、操作簡便、效率高、動態(tài)連續(xù)性等優(yōu)點(diǎn)。如施 斌和姜洪濤[13]設(shè)計(jì)的新CT觀察試樣盒，可對樣品變化過程作測試。缺點(diǎn)是CT法還沒有推廣于其他土體，適用范圍不大，其空間分辨率和體積分辨率小，因而對于較小孔隙等無法進(jìn)行有效觀測。從層次上屬于細(xì)觀和宏觀手段。

表1 CT法在不同土體中的應(yīng)用狀況

2.6 其他方法

除上述常用方法外還有諸如能譜儀法(EDX)、聲波法、差熱分析及磁化率法等。每一種方法的特點(diǎn)不盡相同，但都是土體微觀測試中的重要手段，對推動微觀土力學(xué)的發(fā)展具有重要作用。

3 目前測試方法的不足及建議

目前土體微觀結(jié)構(gòu)研究達(dá)到了新的高度，如土樣的擾動和圖片一般處理問題[45-48]得到了解決。Assadi[47](2013)對于Chen等用掃描電鏡評價水泥土固結(jié)過程的微觀結(jié)構(gòu)特征提出了一些有價值的問題，如利用掃描電鏡進(jìn)行測試過程中，電鏡圖片中存在的暗區(qū)與明亮區(qū)是否代表顆粒與孔隙，土地形凹陷和電子束帶電區(qū)對明暗區(qū)域的影響如何降低，如何保正準(zhǔn)確性。基于此，Chen等[48](2014)對于Assadi回復(fù)中針對樣品處理手段和圖片處理方法都做了具體的解答，為了避免土樣的破壞采取了冷凍干燥處理樣品，利用武漢大學(xué)開發(fā)的圖像處理程序WD-5。目前的技術(shù)和手段已經(jīng)可以解決部分問題，但新的不足仍然存在?？偨Y(jié)為如下三個方面：

(1)土體的微觀參數(shù)提取。在土微觀參數(shù)的發(fā)展過程中，經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜，從片面到精確的歷程。目前借助于圖片處理系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)技術(shù)能對掃描電鏡圖片所能提供的微觀信息全面識別提取，但對初始圖片進(jìn)行處理過程中，如二值化、去噪及選取不同拍攝區(qū)域和放大倍數(shù)處理會對真實(shí)信息造成一定誤差，由于土體的獨(dú)特性，并沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，在進(jìn)行圖片處理時需進(jìn)行探究。已有學(xué)者在該方面做了相關(guān)工作，但也只是推薦相應(yīng)值的大概區(qū)間[37]。

(2)土體的動態(tài)觀測。目前絕大部分屬于靜態(tài)觀測，即土內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化已經(jīng)完成條件下，對其進(jìn)行定量研究。雖然CT法是動態(tài)的微觀測試過程，但CT法對于較小的微觀結(jié)構(gòu)無法定量測試，屬于細(xì)觀和宏觀層面，這樣不利于建立微宏觀之間的聯(lián)系。這一問題恰是當(dāng)前的薄弱環(huán)節(jié)。

(3)土結(jié)構(gòu)性研究。進(jìn)行結(jié)構(gòu)研究最終目是要建立起適合土體介質(zhì)的宏觀力學(xué)模型，從微觀結(jié)構(gòu)深刻闡述土體變形和破壞機(jī)理。目前的測試方法雖然可以定量方便地得到各種微觀形態(tài)參數(shù)，但是對于土結(jié)構(gòu)性還不能很好的表達(dá)。一方面原因是結(jié)構(gòu)性的參數(shù)沒有較明確的規(guī)定；另一方面是目前測試時還無法對結(jié)構(gòu)性直接定量獲取。這不僅僅是測試手段的瓶頸，也是微觀土力學(xué)亟待解決的難題。

綜上所述，目前的土體微觀測試技術(shù)已經(jīng)較為成熟，通過大量的工作也已經(jīng)取得了很有價值的成果[49]，但是在土體的微觀參數(shù)提取、土體的動態(tài)測試以及土體的結(jié)構(gòu)性研究方面還存在不足，需要進(jìn)一步深度探究。因此為了更好地推動發(fā)展土體微結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)程，如下的工作應(yīng)該加以開展：1)綜合使用多種測試手段，系統(tǒng)準(zhǔn)確把握微觀結(jié)構(gòu)；2)緊跟國際最新技術(shù)，加大研究經(jīng)費(fèi)的投入，不斷發(fā)展和升級已有的技術(shù)手段；3)交叉利用其他學(xué)科的最新成果和技術(shù)，不同的學(xué)科方法或理論往往能帶來重要啟示和幫助。這對于推動土體微結(jié)構(gòu)測試的發(fā)展具有重要意義。