关于土水特征曲线滞回特性影响因素的研究

研究土水特征曲线是研究非饱和土的关键。通过GCTS土水特征曲线仪,对不同初始干密度、干湿循环次数和不同应力条件下的非饱和土土水特征曲线进行了测定,利用已经提出的滞回度的概念,计算了各种条件下土的滞回度值并对试验的拟合曲线进行了分析,研究了影响土水特征曲线滞回特性的因素,理论上对其产生这种因素的原因进行了定性分析,分析表明,土水特征曲线滞回特性的性状可归结为孔隙体积的变化,这些成果将更有利的指导非饱和土特性的研究。     

填土工程土料现场压实特性研究

采用数值分析的方法，研究土料在现场压实条件下压实度随深度的变化规律，计算土层平均压实度，点位检测评价土层平均压实度的位置、土料现场压实度保证系数．通过对现场压实特性的研究，发现土层现场压实随深度变化符合二次抛物线规律，不同土料不同铺土厚度代表土层平均压实度的检测位置不同，有关规范规定的检测位置压实度与土层平均压实度有着较大差距，不能代表土层平均压实度，造成压实度评价出现较大偏差，对工程质量、安全、效益产生很大不利影响，同时不能为土体应力和压缩模量的计算及土体应力应变分析等其他科学研究提供准确计算基础数据．     

颗粒级配对非饱和红土土-水特征曲线的影响

颗粒级配是影响土-水特征曲线的主要因素之一,探讨这个问题对研究非饱和土的渗流和强度特性具有重要价值。以江西红土为研究对象,人工配制5组颗粒级配不同的土样,基于分形理论研究其分形特征及其分维数,结合滤纸法试验测量土样的土-水特征曲线并求得其特征值,然后分析各特征值与分维数之间的关系。结果表明:对于不同颗粒级配的土-水特征曲线,同一体积含水率下细土颗粒含量越多的土样其基质吸力越大;粗细土颗粒含量不同的土样均具有较好的分形特征;颗粒级配定量指标均随分维数的增加呈现出先增后减的规律;且分维数随着细粒土含量的减少而降低,进气值和残余基质吸力值均随分维数的增大而提高。说明可运用分维数讨论颗粒级配对土-水特征曲线的影响。     

黏性土粒径分布的多重分形特性及土-水特征曲线的预测研究

土壤粒径分布的分形特性常由单一分维数来描述,这一分形参数可作为土-水特征曲线模型中的常数。但实验证据显示,单一分维数不足以描述某些黏性土在整个粒径范围土粒的分形分布。为了评估粒径分布的多重分形参数预测土-水特征曲线的效能,对3个黏土样实测粒径分布和土-水特征曲线,研究粒径分布的多重分形特性,并利用分形模型预测土-水特征曲线。研究发现,在较为宽泛的粒径范围,土的粒径分布存在3个不同分维数的土粒区域,分维数的大小与土粒区域的粒径大小有关。粒径越大的区域,分维数越大;利用不同区域的分维数预测土-水特征曲线并与实测结果比较,显示模型预测对多重分形参数较为敏感,采用大粒径区域分维数的计算结果与实测数据甚为吻合。虽然多重分形参数精确描述了土粒的分形分布,但在预测土-水特征曲线时应考虑粒径分布分形标度性质的差异。     

应力作用下非饱和重塑黏土土水特征曲线研究

利用最新研制的全自动非饱和土固结仪,研究了竖向应力对非饱和重塑黏土土水特征曲线的影响,并采用FX模型,通过最小二乘法对试验结果进行拟合。结果表明,竖向应力越大,试样的空气进入值越大,曲线越平缓,水越难排出,相同吸力下含水率越高。FX模型可以较好的描述本次试验各组试样的土水特征曲线。通过分析拟合参数,提出一个只与竖向应力有关的土水特征曲线经验公式。     

非饱和高液限土土-水特性试验研究

为研究非饱和高液限土土-水特性及其不同条件下土-水特性试验的适用性,分别采用滤纸法、非饱和土固结仪法和现场试验法对公路边坡工程中非饱和高液限土进行测量土-水特征曲线的试验研究。结果表明:滤纸法测得的土-水特征曲线与室内方法存在差距,大部分在室内测得土-水特征曲线的回滞圈内,对曲线进行拟合得到含水率与基质吸力对数呈线性关系;室内非饱和土固结仪法试验得到的土-水特征曲线出现滞回效应,曲线利用VG模型可较好地拟合;现场监测得到的土-水特征曲线(SWCC)与室内试验方法的结果存在差距,但大部分在吸湿曲线和脱湿曲线之间,更接近吸湿曲线,曲线受土体上覆应力影响,上覆应力越大曲线越陡,且基质吸力与含水率成负相关,二者不存在滞后现象,曲线可利用线性函数较好地拟合。     

竖向应力对非饱和玄武岩残积土土－水特征曲线的影响

为探究应力作用对土－水特征曲线的影响,采用非饱和土固结仪,测得了由低到高多级竖向应 力作用下的重塑红棕色玄武岩残积土土－水特征曲线,并在此基础上分析了竖向应力对玄武岩残积土 土－水特征曲线的影响,利用参数模型对试验结果进行拟合,获得了土－水特征曲线的模型参数,并探 讨了其变化规律。结果表明:竖向应力对土－水特征曲线有不可忽视的影响,竖向应力越大,土体水分 越不容易排出且减少的速率越慢,土体残余含水率越大,增加相同的基质吸力时,竖向应力越大水分排 出量越少,曲线越平缓;模型的拟合效果较好,随着竖向应力的增大,参数Ｂ0、ｔ增加,参数Ｂ1减小,得到 各参数与竖向应力的定量关系式,建立了可以考虑较大范围竖向应力的土－水特征曲线函数表达式。     

饱和分散性土变形特性试验研究

目前,人们对于分散性土的研究主要集中在分散性土的鉴定、抗渗和改性等方面,而对其变形特性方面的研究很少。针对此现状,采用单向压缩试验研究了不同压实度下饱和分散性土的变形特性。试验结果表明饱和分散性土的变形既与应力有关,也与时间有关,且具有明显的非线性特征;压实度对饱和分散性土的变形有显著的影响。试验数据的统计分析表明,饱和分散性土的应力-应变、应变-时间关系均可用幂函数的形式来表述;据此,建立了饱和分散性土的加荷本构模型和蠕变本构模型。通过对模型预测值与实测值的对比分析,发现该模型能够较合理地预测饱和分散性土的变形特性。     

砾石土料碾压设备适应性研究与分析

砾石土料由于其在物质组成方面不同于黏性土其有较高的强度指标和合适的抗渗性能而在高土石坝中广泛应用。高土石坝区别于一般土石坝指标是采用砾石土料且按重型击实功标准进行压实度控制。砾石土料重型击实功下的压实标准是目前高土石坝研究的一个重要方向,需要从粗、细料不同情况下的压实指标、设备等方面进行深入研究。结合国内相关工程研究,对砾石土料碾压设备适应性方面的研究成果进行了总结。     

压缩变形影响下的土-水特征曲线及其简化表征方法

非饱和土的本构关系研究需获得任意压缩变形条件下的土-水特征曲线,但试验测量往往只能给出特定状态下的土-水特征曲线。压缩变形改变了土体孔隙分布特性,从而影响其土-水特征曲线。采用压汞技术、核磁共振技术、扫描电镜研究压缩变形条件下土体孔隙孔径分布的变化规律,基于实测及已有试验数据研究土-水特征曲线变化规律,通过孔径分布变化规律阐释压缩变形影响土-水特征曲线的机制。研究结果表明:在不同的压缩变形条件下,土体(单位颗粒质量)的累计孔隙体积分布整体上呈现"扫帚型"分布,质量含水率表示的土-水特征曲线也呈现相似的分布,二者变化规律较为一致,从而揭示了土-水特征曲线随压缩变形变化的内在机理。在此基础上,建议了一种压缩变形影响下的土-水特征曲线简化表征方法,其描述的土-水特征曲线与试验结果吻合较好。     

软岩筑坝堆石料劣化特性研究

为全面了解软岩料的工程性质,以软岩筑坝堆石料为对象,针对其劣化前后的力学特性与设计参数开展了室内试验研究。基于不同围压与压实度条件下的试验研究,分析了堆石料强度与变形的劣化规律,建立了压实度与归一化强度、归一化变形模量的关系,提出了堆石料的压实度控制指标。进一步结合水下休止角试验,针对堆石料的非线性强度尤其是低应力强度特性进行了分析。结果表明:劣化作用引起体积应变减小,劣化作用对模量的影响远大于对强度的影响;96%的压实度对于软岩填料而言较为合理,既保证了归一化的强度>0.9,归一化的变形模量>0.8,也确保了压实机械的效率;可采用击实样水下休止角试验来获得低应力状态下软岩填料强度参数,用三轴试验来获得的中高应力状态下软岩填料的强度得到软岩填料的非线性强度。研究成果可为正确评价软岩堆石坝的应力、变形规律和指导工程实践提供依据。     

考虑体积变化修正的红黏土土水特征曲线试验研究

红黏土是一种具有高度水敏性的典型特殊土,而土水特征曲线(SWCC)是研究红黏土工程性质的重要依据。红黏土在含水率变化时会发生明显的胀缩效应,现有SWCC测试往往缺乏对此效应的考虑,导致所测得的结果具有一定的误差。本文通过压力板仪法和滤纸法,量测了湖南某地区红黏土在不同含水率下所对应的基质吸力,并根据收缩试验掌握了红黏土在不同含水率下的体积变化特征并获取了相应的收缩系数,推导了体积变化修正公式,对SWCC进行了体积变化修正,最后利用V-G模型对修正后的SWCC进行了拟合,探讨了模型参数与初始孔隙比(压实度)的关系,建立了红黏土改进V-G模型。结果表明:红黏土在含水率改变时的体积变化对其SWCC影响很大,同一基质吸力状态下,体积变化修正后红黏土试样的体积含水率和饱和度明显高于修正前的值,且基质吸力越高该差别越明显。对于体变修正后SWCC的V-G模型,模型参数受初始孔隙比的影响较大,其中表征进气值的参数a和孔隙大小分布的参数n与初始孔隙比呈幂函数关系,而表征残余含水率的参数m与初始孔隙比接近线性关系。     

考虑压实度差异的软岩路堤填料强度与变形特性试验研究

路堤填筑碾压施工平面上不同部位填料所受约束条件存在较大差异,特别对于颗粒强度较低、骨架结构锁固效应较弱的软岩填料,碾压后靠近路堤中部的填料压实度大于两侧。基于采用含砂质泥岩作为填筑料的某路堤工程开展试验研究,结果表明:①靠近路堤中线和两侧临空面填料现场检测压实度分别不低于0.95和0.93,满足下路堤压实度要求,但压实度存在差异;②对碾压后的路堤填料取样,并分别在0.95和0.93的压实度下进行大型三轴固结排水试验,压实度0.95试样摩擦角较压实度0.93的约高13%,但黏聚力基本相同;③大应变过程压实度0.93填料体变与围压基本无关,细观结构压缩呈主导,而在压实度0.95下体缩与围压呈正相关,颗粒骨架受力更为充分,但仍呈全过程体缩,表明大变形过程伴随有颗粒破碎后的二次挤密;④进一步分析发现两种压实度下球应力-体变以及体积模量-围压均很好满足线性拟合关系,采用邓肯-张E-B模型可较好描述压实度差异状态下软岩填料的变形力学特性。     

应用一步流动法快速测定土水特征曲线试验研究

实验室常用压力板仪进行常规试验测定粉土土水特征曲线（SWCC）,需耗费数月时间,效率不高。对快速测定粉土SWCC进行了试验研究：采用压力板仪对粉土试样开展一步流动法试验;同时,用Hydrus-1D建立一维水分运移模型;结合模型对干密度为1.78 g/cm3粉土试样中溢出水量随加压时间的关系曲线进行拟合,并得出VG模型中难以实测的参数α和n;根据参数反算出粉土试样SWCC并和压力板仪常规试验的SWCC进行对比。为了消除试验中加载压力过大可能造成的固结对试验结果的影响,还对干密度为1.65 g/cm3的粉土试样进行固结试验使其干密度增大为1.78 g/cm3,再对固结后粉土试样分别进行常规试验和一步流动法试验。对由两种试验得到的固结粉土的SWCC与初始干密度1.78 g/cm3粉土由两种试验实测的SWCC进行了比较。结果表明：① 一步流动法试验拟合的SWCC与常规试验实测的SWCC重合度高;② 一步流动法试验具有快速性和有效性;③ 由Hydrus-1D建立的一维水分运移模型得出的SWCC与常规试验实测的SWCC接近;④ 一步流动法试验结果不会受到固结的影响。     

干湿循环作用下滑带土孔隙结构与基质吸力响应规律研究

非饱和土基质吸力与其微观孔隙结构息息相关。为探究在干湿循环作用下滑带土孔隙结构与基质吸力的响应规律, 以重塑黄土坡滑坡滑带土为研究对象, 采用压汞法分析干湿循环过程中孔隙大小分布规律, 得到不同干湿循环次数下滑带土孔隙分布曲线。在此基础上, 结合分形原理, 将滑带土孔隙划分成三类(大孔隙、中孔隙和小孔隙); 结合毛细管模型, 间接推算出滑带土的土-水特征曲线(SWCC)。研究结果表明:反复干湿循环作用使小孔隙逐渐转化成大孔隙, 颗粒孔隙转化成团粒孔隙; 不同干湿循环次数对应的土-水特征曲线均存在一个共同的拐点, 拐点上侧, 含水率相同时, 随着干湿循环次数增加, 基质吸力逐渐增大, 下侧反之。研究成果有利于深入了解滑带土的干湿循环效应, 可用于库岸滑坡演化机理研究。     

砂岩渗透作用下声发射及分形特征研究

地下围岩经常处于渗透场-应力场的耦合作用中,为分析在相同渗透压、不同围压下砂岩的变形特性、渗透特性、声发射特征及基于声发射空间分布的分形维数特征,对取自某在建工程的砂岩进行了三轴渗透及声发射试验。研究结果表明:砂岩的抗压强度及变形能力随着围压的升高而增大;渗透率在不同围压下有着相似的演变特征,均是随着应变增大而先减小后增大,并随着围压的升高逐渐减小;声发射的演化过程反映了渗透率大小的变化趋势,渗透率随着渗透试验过程呈阶段性变化,围压越大,声发射现象越滞后;基于柱状分形理论,得到砂岩的分形维数随着试验进行逐渐减小,表明砂岩经历了一个从无序到有序的损伤演化过程,围压越大,对应的分形维数越小。研究结果有助于认识和理解砂岩渗透性的变化机制。     

强夯作用下土体动力特性的数值模拟

为了更加深入研究在强夯过程中夯锤与地基土的相互作用,运用有限元法模拟了整个强夯过程。在模拟过程中采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,同时将材料的非线性、大变形等因素考虑到模拟过程中,得到强夯过程中土体动应力和位移的变化曲线,并总结其变化规律和分布特征。数值模拟的结果与施工现场的实验数据基本一致,可以为强夯的设计与施工提供参考依据。     

考虑尿素浓度对SWCC影响的VG模型

利用Tempe压力膜仪,进行了不同浓度尿素溶液的土-水特征曲线(SWCC)试验,得出了不同SWCC的Van Genuchten(VG)拟合模型。结合各VG模型,采用线性回归分析,确定了模型中各参数与尿素浓度的关系,进而建立了能够考虑尿素浓度影响的VG模型。所得模型中各参数拟合相关度均较高。由所建模型可知,尿素浓度对参数α影响较小,而对参数n影响较大;浓度越大,参数α越小,而参数n越大。所得结果弥补了其他方法不能考虑尿素浓度对SWCC的影响,对补充和发展SWCC试验和理论具有一定的意义。所建SWCC模型未考虑尿素浓度对溶质吸力的影响,也未开展尿素溶液对土体SWCC影响机理研究;这两方面有待以后的工作进一步研究。     

含水率和压实度对路基填土力学特性的影响

路基填土的强度特性和压缩特性直接关系到路基的长期稳定性。为研究含水率和压实度对路基填土的力学特性的影响,对某路基填土进行了直剪和压缩试验,得到了不同初始含水率和压实度下土体的抗剪强度指标和压缩特性指标,讨论了粘聚力、内摩擦角和压缩系数随含水率和压实度的变化规律,并从水分变化和土体结构差异的角度分析了其影响机理。结果表明:相同含水率下,粘聚力随压实度的增大而增大;相同压实度下,粘聚力在最优含水率ωop附近有峰值,当ω>ωop时,粘聚力急剧减小。相同含水率下,内摩擦φ随压实度的增大而增大;ω<ωop时,φ随压实度的变化率较小,反之则较大。路基填土的压缩系数随压实度的增大而减小,随含水率的增大而增大。更多还原