湿度和密度双变化条件下的非饱和黄土渗气渗水函数

饱和度和密度都会对非饱和土的渗透系数产生影响,而准确确定非饱和土的渗透系数在饱和/非饱和土体渗流分析中非常重要。利用改进的非饱和土水气运动联合测定仪,对重塑非饱和黄土试样进行不同增湿级数和初始干密度条件下的渗透试验,研究饱和度、干密度、渗气系数及渗水系数间的关系,建立湿度和密度双变化条件下的渗气渗水函数,并通过试验验证该函数的适用性和准确性。研究表明,该函数既可用于确定渗水系数,又可用于定量描述非饱和土孔隙中水气运动之间的相互影响,其在非饱和土固结分析、稳定分析及饱和非饱和渗流分析中具有较强的应用前景。     

南宁灰白膨胀土三向膨胀率试验研究

采用自行研制的三向膨胀仪,以南宁灰白色膨胀土为研究对象,开展三向膨胀率室内试验。结果表明:膨胀土浸水后,膨胀速率可分为快速膨胀、缓慢膨胀、趋于稳定三个阶段,6 h基本完成膨胀,竖向膨胀率大于横向膨胀率,两个横向膨胀率大致相等;横向膨胀率与竖向膨胀率的比值R_0随着干密度的变化而不同,变化范围为0.61～0.82。在相同初始含水率条件下,R_0随干密度的增大而增大,说明膨胀土干密度越大,各向异性越弱;相同含水率条件下,膨胀率随干密度的增大而增大,含水率越大,竖向膨胀率随干密度的变化速率越小;相同干密度条件下,膨胀率随含水率的增大而减小,干密度越大,膨胀率随含水率的变化速率越大。     

气体压力和孔隙对垃圾土体气体渗透系数影响的研究

垃圾土的非饱和气体渗透系数是填埋场气体运移分析和抽气井设计的重要参数,孔隙比、有机物含量、饱和度等是影响垃圾土渗透特性的主要因素。通过研制的垃圾土非饱和渗透试验仪,进行了不同影响因素下的非饱和垃圾土气体渗透试验,发现渗透系数随渗透压力呈现非线性特性,可以用Forchheimer非达西渗流方程较好地拟合。孔隙比增加,渗透系数增大,非达西系数Ba逐渐减小,分界点的气体压力减小;有机物含量越高,渗透系数越小,分界点气体压力越大;片状分布有机物使有效连通的渗透路径减少是垃圾体气体渗透特性降低的原因;饱和度越高,垃圾土的渗透系数越小,分界点气体压力越大;在试验的有效孔隙范围内,渗透系数、分界点气体压力与有效孔隙呈现较好的相关关系、非达西系数变化不大。     

三轴应力条件下原状黄土的渗气特性

用改装的三轴渗气仪,在三轴应力条件下对不同含水率原状黄土进行渗气试验,分析了平均应力、偏应力及含水率变化对渗气系数与饱和度关系的影响,提出了考虑三者影响的渗气函数。研究结果表明:偏应力、平均应力及含水率对渗气系数与饱和度关系皆有较大的影响。平均应力(应力比相同)或偏应力(平均应力相同)作用引起饱和度增大时,渗气系数线性减小,且减小程度与含水率的大小有关;含水率增大时渗气系数随饱和度增大而减小的速率比应力增大时的小。不同应力状态下,相对渗气系数与饱和度关系,渗气系数与修正气体饱和度关系皆可归一,且可分别用以总饱和度为参量的P-v G-M模型及本文提出的修正气体饱和度幂函数(MAPL)模型描述,但相比较而言,MAPL模型参数较少,更便于实际工程应用。MAPL模型对渗气系数的预测结果与试验结果吻合较好。     

全吸力范围内不同干密度膨胀土的强度特性

干密度和饱和度是影响非饱和膨胀土强度和变形特性的重要因素。为研究干密度和饱和度对非饱和膨胀土抗剪强度的影响,以南阳膨胀土为试验材料,对不同饱和度和干密度的南阳膨胀土的压实样进行直剪试验,得到了不同干密度及饱和度下的抗剪强度;利用滤纸法试验测得了南阳膨胀土在不同初始干密度下的土水特征曲线,并利用Fredlund-Xing方程进行全吸力范围内的拟合。通过土-水特征曲线将饱和度换算成吸力,得到了不同密度和吸力下南阳膨胀土的抗剪强度。结果表明:低吸力范围内非饱和膨胀土的强度随吸力的增大而增大;而高吸力时随着吸力的增大,土的强度变化趋势与干密度和应力大小有关,竖向压力较大和干密度较小时,强度随吸力增大而增大。     

赣南某稀土矿体渗透性试验研究

以赣南某离子型稀土矿为研究对象,基于Van Genuchten模型,结合饱和渗透系数,利用土水特征曲线对不同干密度重塑矿的非饱和渗透系数进行预测。在此基础上,探讨了干密度对离子型稀土重塑矿渗透性的影响,结果发现:干密度对重塑矿样非饱和渗透系数变化曲线的位置和形态有很大影响,非饱和渗透系数随干密度的减小而增大,随基质吸力的增大而减小,干密度对低吸力段的非饱和渗透系数影响较大,对高吸力段的非饱和渗透系数影响较小,而基质吸力对非饱和渗透系数的整个变化过程都有重要影响。     

非饱和Q3黄土渗气特性试验研究

 为研究非饱和原状和重塑Q3黄土渗气系数的变化规律及其两者的差异,以改进的三轴渗气仪为手段,进行一系列考虑干密度、含水率和各向异性等因素影响的渗气试验。研究结果表明：根据Fick定律和Darcy定律推导的渗气系数计算公式,在较低压力下两者计算结果差别不大,而在较高压力下,Darcy定律计算结果要优于Fick定律;非饱和原状黄土中气体流动遵循Darcy定律,原状黄土渗气系数随着干密度和含水率的增大而减小,且最优含水率以后变化较为明显;由于原状Q3黄土各向异性,竖向原状试样渗气系数始终大于同一埋深横向试样的渗气系数;相同干密度条件下,含水率对重塑黄土渗气系数的影响要比原状黄土大。根据试验结果提出考虑干密度、充气孔隙度(饱和度)和各向异性等因素影响的原状黄土渗气系数计算公式,其计算结果与试验结果吻合较好。     

考虑Klinkenberg效应的压实膨润土渗气特性研究

利用非饱和三轴渗气仪研究了压实高庙子膨润土的渗气特性。发现当渗气系数小于10~(-14) m~2时,压实膨润土中的Klinkenberg效应较为显著,渗气系数会随气压力的增大而降低;气体滑脱因子随Klinkenberg渗气系数与体积含气率之比的变化满足幂函数关系,试验得到的二者之间关系与干密度、含水率无关,并与Klinkenberg理论模型相近;Klinkenberg渗气系数与体积含气率在双对数坐标中呈线性关系,其斜率与含水率基本无关。基于试验规律,建立了考虑Klinkenberg效应的高庙子膨润土非饱和渗气系数的数学模型。     

等向应力条件下非饱和原状黄土增湿渗水特性试验研究

渗水系数是非饱和土固结分析的关键参数之一。用自制的非饱和土三轴剪切渗透仪,在无应力及不同等向应力下分别对不同和相同孔隙比的原状黄土进行了直接向试样分级注水使吸力逐渐减小的增湿渗透试验,分析了孔隙比,应力与饱和度及吸力对增湿渗水系数的影响,对比分析了无应力与应力作用下的渗水特性,提出了可以考虑应力与饱和度或吸力影响的非饱和原状黄土增湿渗水的渗透性函数。研究结果表明:孔隙比和应力对渗水系数与饱和度关系及渗水系数与吸力关系皆有影响,吸力较大时对后者几乎没有影响,可近似归一。无应力及不同应力条件下,只要孔隙比相同,则渗水系数与饱和度或吸力关系相同;相对渗水系数与吸力的关系不能归一,同一吸力对应的相对渗水系数随孔隙比的减小或应力的增大而增大,而相对渗水系数与饱和度及吸力比(吸力与脱气值之比)关系皆可以归一。v G-M模型不适用于描述常孔隙比下原状黄土的渗水系数;提出的渗透函数可以预测一定等向应力作用下增湿过程中饱和度增大及吸力减小时原状黄土的渗水系数,预测结果与试验结果吻合较好。     

非饱和原状和重塑Q3黄土渗水特性研究

为研究非饱和 Q₃ 黄土渗水特性,设计一套原状黄土取样设备,取得大尺寸原状竖直和水平土柱各 2 个;并制备 5 个干密度不同的重塑土样。对 9 个试样进行水平土柱试验,用 TDR 水分计和热传导吸力探头分别检测土样不同断面处的体积含水率和基质吸力。试验结果表明：土中裂隙的走向和干密度对入渗率均有影响。对于原状试样,浸水前期竖直试样入渗率要大于水平试样,湿润锋超过 50 cm 后,竖直和水平试样入渗率几乎接近一致。竖直与水平原状试样的非饱和扩散率主要差别在饱和度低于 0.6 的区域,饱和度高于 0.6 两者扩散率差别不大;对于重塑试样,低饱和度区域干密度对扩散率影响要大于高饱和度区域。同等干密度和含水率条件下,低饱和度区域重塑试样非饱和渗透系数大于原状试样;而高饱和度区域原状试样非饱和渗透系数大于重塑试样。取样方法和研究成果对同类工作具有重要参考价值。     

干密度对黄土渗透系数的影响

非饱和渗透系数是研究非饱和土入渗规律的重要参数,同时也是研究边坡失稳和地基浸湿变形的重要基础。本文采用变水头法测量原状黄土和重塑黄土饱和渗透系数,基于ChildsCollis-Geroge模型,结合土水特征曲线和饱和渗透系数,详细探讨了原状黄土、不同干密度非饱和重塑黄土体积含水率与渗透系数的关系和规律。结果表明,原状黄土的饱和渗透系数远小于重塑样,重塑土样饱和渗透系数随着干密度的增大而减小;黄土非饱和渗透系数减小趋势随着干密度增大而减小,但在残余含水率附近,不同干密度下试样的渗透性基本相同。     

由土-水特征曲线预测非饱和混合填料渗透系数

在分析总结由土-水特征曲线预测非饱和土渗透系数方法的基础上,根据Childs和Collis-George利用充水孔隙空间形状提出的、并经多次修改的预测渗透系数模型,预测了陇南民用机场混合填料相对渗透系数。混合填料的相对渗透系数随着吸力的改变,呈现出非线性的变化过程。随着含水率的降低(吸力增加),渗透性以很快的速度降低。相对于不同配合比的填料,在吸力较低的阶段,填料配合比的不同对渗透性影响不明显;但是随着吸力的增加,土体饱和程度的不断减小,土石比为2:8的填料渗透系数的衰减速度明显大于土石比4:6的填料,而在减饱和过程后期,这种差异又逐渐减小。     

封闭气泡对土体渗透系数影响的试验研究

渗透系数是分析土体渗流问题的重要参数,目前获取渗透系数的诸多方法均没有考虑土体中封闭气泡对渗透系数的影响。本文基于室内一维积水入渗试验结果,拟合出土体渗透系数与体积含水量的经验公式,以及仅包含孔隙率n和两个拟合参数的渗透系数与气相饱和度的经验公式,并通过前人试验结果验证了该公式的正确性。     

非饱和土的水气运动规律及其工程性质研究

本文以压实黄土为对象,以各种改进的仪器设备为手段,在较大的湿度和密度范围内系统地研究了非饱和土的渗气性、渗水性、孔隙水压力和孔隙气压力在三轴不排水不排气剪切过程中的演化特性;用多种方法研究了非饱和土的吸力-密度-饱和度间的关系;在总结正反两方面经验的基础上,摸索出一套相应的测试方法.     

压实黄土强度及渗透各向异性研究

为揭示各向异性对黄土强度和水分场的影响,通过抗剪强度试验和渗透试验对压实黄土强度和渗透各向异性进行研究。结果表明:压实黄土存在强度各向异性,其垂直方向强度参数大于水平方向;压实黄土粘聚力各向异性随含水率增大而减小,干密度对压实黄土粘聚力各向异性无显著影响;含水率和干密度对压实黄土内摩擦角各向异性均无显著影响;压实黄土存在渗透各向异性,水平方向渗透系数大于垂直方向;压实黄土渗透系数随着干密度、围压的增大而减小,且增大到一定程度后变化趋于平缓;干密度、围压对压实黄土渗透各向异性都有较大影响,随着干密度和围压的增大,压实黄土的渗透各向异性会逐渐削弱。     

延安某工地填土的渗水和持水特性研究

随着中国城市化进程的不断推进,工程中涉及到的填土日益增多。为了研究非饱和填土的渗水和持水特性,共做了两类试验:一类是考虑不同干密度的非饱和水平土柱入渗试验;另一类为控制净平均应力为0的非饱和土三轴收缩试验。两种试验分别包含3种干密度,分别为1.40,1.50,1.60 g/cm3。试验结果表明:饱和度达到0.65左右时,扩散率近似由两条直线组成;当饱和度低于0.65时,干密度的不同对扩散率影响不大,当饱和度高于0.65时,扩散率存在较大差异;非饱和填土的渗透系数与饱和度的半对数关系近似成直线,且随着饱和度的增大干密度的影响逐渐减小。     

等向应力条件下原状Q_3黄土的渗气特性研究

用改装的三轴渗气仪,在不同等向应力条件下对不同含水率的原状Q_3黄土进行渗气试验,分析了含水率、体积含气率及应力对渗气系数的影响,提出了直接及间接地反映含水率与应力变化对渗气系数影响的3种类型渗气函数。研究结果表明:应力对渗气系数与含水率及体积含气率关系皆有明显的影响,增湿时含水率及体积含气率对渗气系数的影响比减湿时稍大;应力变化(含水率不变)和含水率变化(应力不变)时渗气系数与体积含气率的关系不同。不同应力条件下相对渗气系数与相对体积含气率关系,渗气系数与修正体积含气率关系皆可分别用唯一的幂函数描述;不同含水率下渗气系数与规格化应力关系皆可用指数函数描述,且仅一个参数随含水率而变化。用3种类型的渗气函数皆可较好预测含水率及应力变化时的渗气系数,而其中无需引入力水耦合作用引起孔隙比变化的指数型渗气函数更便于工程应用。