非饱和土渗透系数试验与模型预测及验证

为探究不同方法的适用性,通过压力板仪对江西某地区红土进行土-水特征曲线试验,结合动态多步溢出法、一维土柱试验的湿润锋前进法、CCG模型预测和VGM模型预测4种方法,获得土体在不同压实度下渗透系数与饱和度的关系。利用有限元软件Geo-Studio对一维土柱试验进行仿真分析,将采用VG模型拟合的土-水特征曲线及4种不同方法计算得到的渗透系数函数作为边界条件,得到了相应条件下的浸润锋时程曲线。分析模拟与试验结果发现:CCG模型预测的非饱和土渗透系数与动态多步溢出法计算的结果较为接近且略小于实际渗流情况。由于湿润锋前进法土柱试样较大,其渗透系数较动态多步溢出法大10倍左右,且最接近于土柱试验实际渗流情况。     

非饱和重塑黄土土-水特征曲线与渗透系数模型预测

在分析土-水特征曲线及预测非饱和土渗透系数方法的基础上,以甘肃兰州重塑黄土为研究对象,采用非饱和土固结仪,测定初始饱和度相同、干密度不同的土样的土-水特征曲线,基于拟合效果较好的Fredlund&Xing三参数方程对试验数据进行拟合.以实测的土-水特征曲线为基础,采用Childs&Collis-Geroge预测非饱和渗透系数的模型,计算得到非饱和黄土渗透系数与基质吸力的关系,结果表明:渗透系数随吸力的增大呈非线性减小,两者的关系可用幂函数表示,这为黄土地区土体工程性质的研究和预测,如降雨入渗的边坡稳定性评价、非饱和地基湿陷变形计算等提供了理论支持.     

北京地区不同类型土壤弥散试验

以北京地区不同类型的土壤——黏土、重粉质黏土、粉质黏土、黏质粉土和砂土为研究对象,通过室内土柱水动力弥散试验,得到了不同类型土壤的弥散系数.穿透曲线测定结果表明,氨氮和有机物在黏土、重粉质黏土、粉质黏土和黏质粉土中运移时穿透曲线大致分为2个阶段,在砂土中的穿透曲线呈逐渐上升并最终达到稳定的趋势.     

基于广义Clapeyron方程的含盐土冻结特征曲线模型

未冻水质量分数是评估盐渍土和滨海地区土体冻结过程地层稳定性的关键参数,其主要影响因素为温度和盐的质量分数. 基于考虑溶质效应的广义Clapeyron方程,通过无盐分土冻结特征曲线得到冻土吸力的微分形式,联合考虑残余水的质量分数的Books-Corey模型,推导出在任意盐的质量分数和温度条件下冻土中未冻水质量分数的理论模型. 开展冻结试验,利用核磁共振法获得不同水的质量分数、盐的质量分数下粉质黏土和粉土的冻结特征曲线. 试验结果表明：未冻水质量分数随温度降低呈指数函数递减,在同一温度下未冻水质量分数随着初始溶液浓度的增加近似呈线性增加,不同初始水的质量分数下的无盐土体冻结特征曲线具有一致性,粉土相对于粉质黏土更容易达到残余状态. 将理论模型与试验数据进行对比,验证了该模型能够较为合理地预测含盐土体的冻结特征曲线.     

干密度对非饱和黄土土-水特征曲线的影响试验

在改进的压力板仪上,通过动态多步流动法试验,对不同干密度的非饱和黄土进行脱湿过程的土-水特征曲线测定,分析干密度对土-水特征曲线的影响.结果表明:利用改进后的压力板仪进行试验,结合非平衡状态下非饱和土的饱和度演化方程,能节省大量试验时间,并能降低试验误差;不同干密度非饱和黄土的土-水特征曲线存在差异,干密度越大,进气值...     

考虑地下水与降雨影响的细粒土路基湿度场

为掌握地下水与降雨综合作用下的路基湿度场分布情况,基于饱和-非饱和渗流理论,提出一种降雨入渗边界切换方程,建立非饱和细粒土路基渗流分析模型,并验证其可靠性。分析受地下水影响的粉质黏土路基湿度场分布,结果表明,基质吸力分布与现有设计规范计算结果相同,但基于土水特征曲线得到的饱和度分布要大于规范提供的参考值;选取5种典型降雨强度,计算高压实度粉质黏土路基降雨入渗规律,结果表明当降雨强度小于土体饱和渗透系数时,入渗边坡不会产生暂态饱和区,当降雨强度大于土体饱和渗透系数时,土体入渗区域为暂态饱和区;分析降雨结束20 d后的路基湿度场分布规律,结果表明,暂态饱和区消散后的入渗深度随降雨强度增大而增加,降雨强度为120 mm/d时,路床底部、上路堤底部两层位坡面饱和度分别为91.6%～95.0%、92.0%～96.7%,硬路肩范围的路床区饱和度近似呈线性分布,约2 m的入渗范围内饱和度提高22%,下路堤底部层位的入渗仅在坡面范围,并未入渗到硬路肩范围。     

土的电阻率与饱和度的关系研究

采用自制的绝缘模型进行砂土、黄土、黏土的室内电阻率和饱和度的试验.分析数据可知,三种土样的共同点是：电阻率随着饱和度的增大,幂函数关系减小;当土样接近饱和时,电阻率趋于稳定.不同点是：在干密度和饱和度相同时,砂土的电阻率最大,黏土的电阻率最小;砂土的电阻率对饱和度变化的敏感性强于黄土和黏土.本试验揭示了砂土、黄土、黏土的电阻率与饱和度的关系,为使用电测法测量土工参数提供了理论依据.     

银川粉砂土样的饱和特性研究

砂土的动力和冻融效应是抗震设防区及季冻区试验研究的热点,而饱和度是影响砂土动力和冻融效应试验结果的关键因素。为保证土样的饱和程度,提高饱和效率,以饱和方法、饱和时间和土样干密度为因素,进行了银川粉砂土样的饱和特性试验研究。通过分析作用规律和机理,建立了粉砂土样饱和度与饱和时间、干密度间显著的关系模型,确定了银川粉砂土样合理的饱和方法及饱和时间。结果表明:在含水率为8.0%的条件下,银川粉砂土样的饱和度与饱和时间呈双曲线关系;毛细管法土样的饱和度低,随干密度的增大,饱和度增大,饱和速度减小;真空法土样的饱和度高,饱和速度随干密度的增大而增大,稳定饱和度与干密度近乎无关。     

湿–载–热对粉质黏土持水性能的影响特征及预测模型

非饱和土的持水性能通常以土水特征曲线的变化规律来体现。荷载和温度等因素对土水特征曲线的重要影响已逐渐被认识,但综合考虑湿–载–热对土水特征曲线共同作用的研究鲜见报道,对其主导性影响因素的分析更为罕见。为了探究粉质黏土在湿–载–热共同作用下的持水性能,本文开展了在不同竖向应力和温度条件下粉质黏土的干湿循环实验,分析了各因素的影响机理、特征和重要性,并建立了反映多因素共同作用的预测模型。研究结果表明:1)随着竖向应力的增加,非饱和土的进气值增加、减湿率降低、干湿循环过程的滞回效果变强,且在各个温度下皆表现出相同的特征。2)对比在相同的竖向应力、不同温度下的实验曲线,发现在温度较高的状态下,土体的进气值相对略低。3)竖向应力对于土体持水性能的影响最大,但主要局限于低吸力阶段;干湿循环的作用排第2,且随着循环次数增加会快速衰减;温度的影响较小,且在吸力值或密实度较高时可忽略不计。4)基于Logistic曲线改进后的L模型比常用的V–G模型更适用于巴东粉质黏土的土水特征曲线拟合。综合研究结果得出:竖向应力引起特征值变化的根本原因在于内部孔隙结构的改变,进而导致持水性能产生差异;温度主要影响土体处于低应力低吸力状态时的持水性能;3种赋存条件对粉质黏土持水性能的影响程度呈竖向应力干湿循环温度分布;改进后的L模型可以有效反映粉质黏土在湿–载–热共同作用下的持水性能演变特征。     

湿度有限波动下非饱和黏土路基动态回弹模量

通过压实黏土的土-水特征曲线试验和重复动三轴试验,揭示了在不同湿度状态、干湿路径、有限湿度波动下回弹模量的变化规律,研究了回弹模量与基质吸力的相关性,构建了基于基质吸力的湿度波动折减系数η的预估方程。结果表明:回弹模量与基质吸力之间具有较强的非线性相关性;干化路径的动态回弹模量均大于相同含水率下湿化路径的动态回弹模量;动态回弹模量在波动初始衰减最明显,降幅可达23%～37%;基于基质吸力的η预估方程可求解不同湿度波动幅度和次数下的动态回弹模量,预估效果优于采用饱和度的预估方程。     

常吸力下非饱和土水-力耦合循环塑性的模拟

为描述非饱和黏性土在静、动态荷载作用下的应力-应变特征及水-力耦合效应,在塑性增量流动理论的框架内建立一个描述常吸力条件下非饱和黏性土水-力耦合效应的弹塑性双面模型.基于BBM(Barcelona basic model)及Li和Meissner提出的一种塑性硬化准则,并考虑非饱和土的典型土水特征,通过边界面和加载面在应力空间中的演化表征非饱和土在循环荷载作用下的应力-应变特征及水-力耦合效应.考虑不同初始饱和度、初始孔隙比、吸力、净围压和动应力幅值等因素影响,采用相关研究者室内各向等压和静、动态三轴试验结果对所建模型进行验证,模拟结果与试验数据的对比显示模型具有良好的模拟能力.此外,为检验模型的合理性,在室内试验的基础上采用该模型预测非饱和土在循环荷载下的一些典型水-力耦合行为.结果表明,模型能够较好地模拟和预测非饱和黏性土在常吸力静态和循环动态加载作用下的水-力耦合特性.     

湿-载-热对粉质黏土持水性能的影响特征及预测模型

非饱和土的持水性能通常以土水特征曲线的变化规律来体现。荷载和温度等因素对土水特征曲线的重要影响已逐渐被认识,但综合考虑湿-载-热对土水特征曲线共同作用的研究鲜见报道,对其主导性影响因素的分析更为罕见。为了探究粉质黏土在湿-载-热共同作用下的持水性能,本文开展了在不同竖向应力和温度条件下粉质粘土的干湿循环实验,分析了各因素的影响机理、特征和重要性, 并建立了反映多因素共同作用的预测模型。研究结果表明：（1）随着竖向应力的增加,非饱和土的进气值增加、减湿率降低、干湿循环过程的滞回效果变强,且在各个温度下皆表现出相同的特征;（2）对比在相同的竖向应力、不同温度下的实验曲线,发现在温度较高的状态下,土体的进气值相对略低;（3）竖向应力对于土体持水性能的影响最大,但主要局限于低吸力阶段;干湿循环的作用排第二,且随着循环次数增加会快速衰减;温度的影响较小且在吸力值或密实度较高时可忽略不计;（4）基于Logistic曲线改进后的L模型比常用的V-G模型更适用于巴东粉质粘土的土水特征曲线拟合 。综合研究结果得出：竖向应力引起特征值变化的根本原因在于内部孔隙结构的改变,进而导致持水性能产生差异;温度主要影响土体处于低应力低吸力状态时的持水性能; 三种赋存条件对粉质黏土持水性能的影响程度呈竖向应力>干湿循环>温度分布;改进后的L模型可以有效反映粉质黏土在湿-载-热共同作用下的持水性能演变特征。     

冻融状态下粉质黏土电阻率、未冻水含量及温度关系

以冻结工程现场所取的粉质黏土为研究对象,监测了粉质黏土冻融过程中的电导率、未冻水体积分数、温度随时间的全过程变化,研究了粉质黏土的电阻率、未冻水含量及温度的关系,并提出了冻结粉质黏土电阻率模型,得到了其电阻率与未冻水体积分数(θ)的理论关系.试验研究表明：在粉质黏土冻结过程中,不同初始含水率的土样在相变点之前,土样的电导率随温度的阶梯变化而同步变化,在相变点之后,电导率随θ的变化而同步变化,土样相变点处的电导率、θ和温度都有明显的突变特征.土样在冻融过程中的电阻率和未冻水含量随温度的变化具有相似性,且都存在“滞后”现象.随着初始含水率的增加,土样冻结(或融化)过程中的电活化能整体呈增长趋势;土体在冻结过程中的电活化能明显大于融化过程中的电活化能,土体冻结和融化过程中的电活化能的变化可反映出电阻率的“滞后”现象,且土样冻结和融化过程中的电活化能的差值大小可反映电阻率的“滞后”程度.基于冻土电阻率模型,考虑孔隙水传导路径的曲折性和水分分布的不均匀性,并结合冻结温度位置后的粉质黏土的试验数据,得到了其电阻率与未冻水含量的关系方程.     

复合地层土压平衡盾构压力舱渣土改良研究

为降低土压平衡盾构在复合地层中掘进时进行渣土改良的工程成本,以广州地铁21号线朱村至象岭区间为工程依托,通过对粉质黏土和砾砂不同比例组合的渣土进行颗粒分析,计算得到复合地层的粒径分布曲线,并结合室内试验和现场测试研究混合渣土的流动状态和渗透性。结果表明:当复合地层中含有粉质黏土层时,粗粒土层渣土流动状态和渗透性有较大的改善,添加少量的气泡或者膨润土泥浆,渣土状态即可满足盾构掘进的要求。粉质黏土层的含量在30%～70%之间时,渣土能够达到良好的塑性流动状态。粉质黏土层的含量超过70%时,存在结泥饼的风险。     

辽宁区域性饱和黏性土和粉土抗剪强度参数的试验研究——以盘锦地区为例

目的试验与分析辽宁区域性饱和黏性土(黏土与粉质黏土)和粉土抗剪强度参数.对辽宁盘锦地区黏性土抗剪强度特征取得了规律性认识,提高评价土质的可靠性.方法采用室内直剪试验、三轴试验与室外十字板剪切试验、静力触探试验.结果黏土内摩擦角φ好于粉质黏土、粉土;内聚力C的相关性相对于摩擦角较差;黏土的内聚力成负相关;直剪试验(快剪)抗剪强度指标内摩擦角φ和黏聚力C高于三轴试验(UU)的抗剪强度指标.不排水抗剪强度经验公式Cu=18.0 11.02qu适应于辽宁盘锦地区的黏土.结论建立了室内直剪试验与三轴试验抗剪强度指标之间关系,及十字板剪切试验与静力触力试验之间的关系,为以后在辽宁盘锦地区地基勘察评价中估计黏性土的抗剪强度提供参考.     

粉质黏土导热系数变化规律及模型预测

为了研究与电缆载流量相关的土体导热系数,以上海奉贤区某施工现场粉质黏土研究对象,使用KD2 Pro型热特性分析仪,采用热线法测定较广温度范围(5～90℃)和含水率范围内(干燥～饱和状态)重塑土样的导热系数变化,并运用修正的颗粒间接触传热(IPCHT)导热系数模型对试验结果进行了预测分析.结果表明:非饱和上海黏土在较低温度下(≤60℃)的导热系数随其含水率增加的变化幅度相对较小;较高温度下(60℃)土样含水率对导热系数的影响较为显著.而对于饱和土样,其导热系数对温度的变化不太敏感.低于90℃时IPCHT模型预测非饱和黏土土样的导热系数效果比较理想,90℃时该模型的预测值和实际值有偏差,经传质增强因子修正后符合工程要求,但对饱和上海黏土导热系数的预测结果偏差较大.研究结果有助于进一步建立饱和上海黏土导热系数模型与电缆载流量的有限元模型.     

桂林、柳州两种红黏土的土－水特征曲线

采用压力板法和滤纸法联合测定柳州、桂林两种红黏土的土－水特征曲线,发现同一含水率下桂林红黏土的基质吸力大于柳州红黏土,具有较强的持水能力。对相关试验结果的分析表明：（１）从物性指标比较,桂林红黏土具有较高的液、塑限及黏粒含量,黏性较高;（２）从矿物成分分析,桂林红黏土中的矿物含有三水铝石和针铁矿,且针铁矿含量为１５.６％,是柳州红黏土的２倍,表明桂林红黏土处于更高的红土化水平,土中团粒化更为发育,形成利于持水的孔隙结构。最后,使用ｖａｎ Ｇｅｎｕｃｈｔｅｎ（Ｖ－Ｇ） 模型对两种红黏土的土－水特征曲线进行拟合,结果表明Ｖ－Ｇ模型可用于两种红黏土的土－水特征曲线的拟合,且具有较高的相关度。     

膨润土对双轮铣水泥土搅拌墙体强度和渗透特性的影响

膨润土浆液常作为地下工程双轮铣水泥土搅拌墙（CSM）的铣削液来改善土体搅拌均匀性和维持槽壁稳定。通过室内试验研究膨润土水泥土试样无侧限抗压强度和渗透系数等特性随膨润土掺入量的变化情况,并结合压汞试验分析掺入膨润土对水泥土微观孔隙特征的影响,探讨掺入膨润土后试样孔隙比的变化与水泥土试样无侧限抗压强度和渗透系数的内在关联。结果表明,掺入膨润土可显著降低水泥固化砂土和粉土的渗透系数;掺入膨润土还能提高无侧限抗压强度,砂土试样的无侧限抗压强度增幅较水泥固化粉土试样更大;固化土无侧限抗压强度和孔隙比与水泥掺量的比值近似呈幂函数关系;膨润土能有效填充孔隙,同时与水泥水化产物发生化学反应,改变水泥土孔隙分布;掺入适量的膨润土可改善水泥土试样承强防渗效果,在固化粉土和砂土试样中膨润土的适宜掺入量分别为5%和2.5%~5%。     

土体压缩-回弹变形特性试验研究

针对地面沉降中土体变形问题,开展了不同土体(砂土、粉土和黏土)在不同状态下的压缩-回弹试验,结合相关土体变形机理的研究,对不同土体的压缩-回弹特性进行了研究。主要结论如下:砂土的压缩变形最为显著,其次为粉土,最后为黏土。砂土的变形呈现出初期变形小,后期变形大的特点。粉土和黏土则相反,两者的变形主要发生在前期。三种土体的变形均主要为不可逆变形,其中黏土的变形存在着明显的滞后性。砂土的变形主要来源为砂土结构的重塑,黏土则来自于结构的重塑和水分的重分布,粉土则与黏土相似。     

压力板仪量测土水特征曲线存在问题的试验验证

采用不同初始干密度的南阳重塑膨胀土和郴州重塑红粘土两种土样,在同一压力板仪中设置对比试验。结果表明:试样因称重需要,经历多次与陶土板的"分离-再接触"操作而使二者接触不紧密以及该法难免引起的排水管路不饱和,都使SWCC上两种土的重力含水率偏大;因排水稳定标准不合适,同样使两种土的重力含水率偏大;当吸力较高时,试样初始干密度对使用重力含水率表征的SWCC影响不大。根据试验现象和试验结果,对压力板仪量测SWCC试验提出了建议。