滤纸法测定尾矿砂基质吸力试验研究

为研究不同含水率时尾矿砂的基质吸力变化规律,在尾矿砂颗粒级配测试的基础上,根据接触式滤纸法,对某尾矿砂吸湿和脱湿2个阶段分别进行了试验,得到了尾矿砂含水率在9%~40%内的12组基质吸力,建立了尾矿砂吸湿和脱湿过程的土-水特征曲线,并分析了其变化特征。试验结果表明:所测尾矿砂试样属于尾粉质黏土类;采用滤纸法可以获得较大吸力范围内的尾矿砂土-水特征曲线,该曲线近似呈倒“S”形;尾矿砂土-水特征曲线可以分为4个阶段,随含水率的增大,基质吸力阶段性减小;滤纸法测得的尾矿坝基质吸力变化范围较大,吸湿过程中为2 711.095~22.459 kPa,脱湿过程中为28.205~3 607.825 kPa。基质吸力在吸湿和脱湿过程中的变化规律基本一致,但变化路径不同,存在明显的“滞回现象”,脱湿过程中的基质吸力高于吸湿过程。     

初始干密度对弱膨胀土土水特征曲线影响

用压力板法、滤纸法和饱和盐溶液蒸汽平衡法研究了初始干密度对全吸力范围内弱膨胀土压实样土水特性的影响。试验结果表明:联合压力板法、滤纸法和蒸汽平衡法可较好地测量出全吸力范围内弱膨胀土土水特征曲线的脱湿曲线。土-水特征曲线用饱和度和吸力关系表示时,脱湿曲线随着初始干密度的增加向右上方偏移;土-水特征曲线用含水率和吸力关系表示时,含水率随着初始干密度增加脱湿曲线向左下方偏移。     

非饱和黄土状土基质吸力试验研究

以豫西地区黄土状土为研究对象,在室内进行非饱和土试验,研究不同密度及水分状态下土的基质吸力变化规律。试验结果表明:基质吸力随黄土状土含水量的增大,基质吸力减小;相同围压下,在含水率为7%时,基质吸力随干密度的增加缓慢增加,在含水率为10%和13%时基质吸力随干密度变化先增大后减小,并且有明显峰值的非线性关系;黄土状土的黏性只对基质吸力大小产生影响,对其基本变化规律无影响。     

非饱和泥岩土水特征曲线试验及数学模型研究

非饱和土对水分存在吸力,严重影响土体的工程特性。以一高速铁路地基泥岩为研究对象,应用滤纸法研究含水率及压实作用对其吸力的影响。研究结果表明:随着含水率的增加,基质吸力及总吸力呈非线性减小,减小过程分为骤减阶段、速率减小阶段和吸力稳定阶段;在低含水率情况下,土体中水分以气态形式进行迁移,此时接触滤纸量测的吸力为总吸力;接触滤纸的平衡含水率随着土体含水率的增加呈线性增加;干密度对低饱和度下土样的总吸力影响较大,同一饱和度下土样干密度越大,则基质吸力越大;在单对数坐标中,土水特征曲线近似呈"S"形,选用典型的SWCC模型对试验数据进行了拟合,拟合效果良好。试验结果可用于该类土体相关工程特性的预测及建模。     

风积砂水分迁移试验研究

为了研究水分在风积砂中的迁移规律,以不同初始含水率、不同干密度的陕北风积砂为研究对象,在不损坏试样的前提下在试验室进行含水率的实时监测。分析了风积砂内部含水率、渗透强度的时空变化规律,得到了土水特征曲线,揭示了风积砂的水分迁移特征。研究表明:在等温条件下,基质势和重力势是风积砂中水分迁移的主要动力;同一干密度下、不同初始含水率的风积砂中由于基质吸力引起土体中水分迁移的湿润锋高度相同,补水量随着初始含水率的增大而减小,渗透强度随着初始含水率的增加呈现递减趋势;风积砂土水特征曲线的分布包含饱和段、过渡段和不变段,其中同一干密度土样的曲线的饱和段水分分布规律基本相同,过渡段内水分变化梯度存在较大差异,水分变化梯度随初始含水率的增大而逐渐减小;对于不同干密度的风积砂,在相同初始含水率下,补水量和渗透强度随干密度的增加而减小,毛细水上升高度随着干密度的增加而增大。     

干-湿循环条件下压实宽级配砾质土SWCC研究

采用压力膜仪法测定了压实宽级配砾质土干-湿循环后的脱湿土壤水分特征曲线,总结了压实宽级配土样随干-湿循环次数的增加其土壤水分特征曲线的变化规律。试验结果表明:第1次至第3次脱湿SWCC测定中,土样的饱和含水率随着干-湿循环次数的增加明显增大,但是增加幅度逐渐减小,经第4次脱湿后,饱和含水率下降,但仍明显大于未经干-湿循环的土样;第2次至第5次脱湿曲线与第1次脱湿曲线的交点随着干-湿循环次数的增加不断向左移动;在曲线末端,相同基质吸力下随着干-湿循环次数的增加,含水率明显减小;在基质吸力大于50 kPa时,SWCC随着干-湿循环次数的增加整体下移,但变化幅度逐渐减小。     

考虑体积变化的非饱和膨胀土土水特征

为探讨吸力作用下膨胀土体变特征对土水特征的影响规律，开展了一系列完整的脱湿阶段试验，获得了5种不同初始孔隙比的荆门压实膨胀土各级吸力下的重力含水率与体积变化。试验结果表明：不同初始孔隙比下的重力含水率－吸力曲线有交叉与聚拢现象；体积含水率－吸力曲线的交叉现象更为显著；而饱和度－吸力曲线未出现交叉，相同吸力下初始孔隙比大的土样具有更低的饱和度，体现出土水特征与体变特征的耦合效应。基于试验成果，从土的基本体积－质量关系出发，以初始孔隙比与吸力为变量，在一个统一的框架内，构建了吸力作用下的体变方程、分别用重力含水率与饱和度表征的SWCC方程，方程能够描述任意初始孔隙比条件下膨胀土干缩过程中重力含水率、孔隙比与饱和度随吸力的变化规律。     

干湿循环对非饱和黄土渗透系数的影响研究

针对不同干密度的重塑非饱和黄土,利用GCTS压力仪研究非饱和黄土在干湿循环条件下的土－水特征曲线,选用van Genuchten模型拟合体积含水量与基质吸力的关系,结合Childs & Collis-Geroge模型预测黄土的非饱和渗透系数,进而分析干湿循环作用及干密度对非饱和渗透系数的影响。研究结果表明：试验地区非饱和黄土的土－水特征曲线拟合相关度高达0.97以上,有良好的适用性;黄土的非饱和渗透系数与干湿循环次数及干密度之间均符合指数函数关系;相同基质吸力条件下,干密度大的黄土非饱和渗透系数大,基质吸力较小时,干密度为1.74 g/cm³的黄土比干密度为1.56 g/cm³的黄土非饱和渗透系数大10²数量级;当干密度保持不变时,随着干湿循环次数的增加,渗透系数逐渐增大,其增幅随体积含水量的增大而增大,随基质吸力的增大而减小;当非饱和黄土试样的体积含水量接近残余含水量时,土体的渗透系数趋于稳定。     

滤纸法测定非饱和膨胀土土水特征曲线试验

针对现实中土体含水量任意变化的情况,采用滤纸法测定非饱和膨胀土任意循环路径下对应的总吸力和基质吸力,得到了任意含水率变化下的总吸力曲线和土水特征曲线。将曲线进行拟合,利用毛细滞回内变量模型进行计算,通过与试验结果对比,验证了该模型对于膨胀土的适用性。结果表明:滤纸法测得的土水特征曲线与传统方法测得的曲线大致相同。含水量任意变化下的曲线不与完整脱、吸湿曲线重合,相同含水率下,脱、吸湿开始点之间含水率差值越小,脱湿后吸湿的曲线,基质吸力越高;吸湿后脱湿的曲线,基质吸力越低。毛细滞回内变量模型适用于非饱和膨胀土,计算结果与实际值能较好吻合。     

考虑体积变化的非饱和膨胀土土水特征

为探讨吸力作用下膨胀土体变特征对土水特征的影响规律,开展了一系列完整的脱湿阶段试验,获得了5种不同初始孔隙比的荆门压实膨胀土各级吸力下的重力含水率与体积变化。试验结果表明：不同初始孔隙比下的重力含水率一吸力曲线有交叉与聚拢现象;体积含水率一吸力曲线的交叉现象更为显著;而饱和度一吸力曲线未出现交叉,相同吸力下初始孔隙比大的土样具有更低的饱和度,体现出土水特征与体变特征的耦合效应。基于试验成果,从土的基本体积一质量关系出发,以初始孔隙比与吸力为变量,在一个统一的框架内,构建了吸力作用下的体变方程、分别用重力含水率与饱和度表征的土水特征曲线方程,该方程能够描述任意初始孔隙比条件下膨胀土干缩过程中重力含水率、孔隙比与饱和度随吸力的变化规律。     

非饱和土基质吸力对溶质Br~-垂向迁移影响试验研究

研究非饱和土溶质迁移的影响因素对控制溶质污染及防治措施均有着积极意义。通过室内非饱和土柱淋溶试验,在3种质地和两种初始含水率条件下研究土中基质吸力对溶质Br~-垂向迁移的影响。结果得出,在连续降雨条件下,3种质地土的基质吸力均呈"上升—聚降—平稳"的变化趋势,其中粉黏土降雨历时比砂壤土和细砂土分别慢60、100 h,其基质吸力相比最大,最大值达84. 07 k Pa;在各含水率条件下,较低含水率土中基质吸力变幅更大,表现更为活跃;另外,溶质Br~-垂向迁移受基质吸力影响显著,在低基质吸力段内(小于20 k Pa),Br~-浓度随基质吸力的减小而骤降,而在较高吸力段上(大于20 k Pa),Br~-浓度随基质吸力的减小呈增大趋势。因此,通过调节土壤理化性质,改变土中基质吸力来控制溶质迁移,缓减或防治土壤污染。     

黄河大堤非饱和土土水特征曲线研究

利用改进的非饱和土三轴仪，对黄河大堤重塑非饱和土进行了试验研究，分析了其渗透特性，并选用Van Genuchten模型拟合了试样的土水特征曲线，对不同围压下的土水特征曲线进行了比较。结果表明：①随非饱和土含水量的增大，基质吸力减小，非饱和土的工程性质向弱性变化；②在高含水量下，基质吸力随含水量变化的变化幅度很小，在低含水量(天然含水量)下，基质吸力随含水量的增大而迅速减小；③对某一类土而言，在低吸力下土的基质吸力主要随含水量而变化，在高吸力下其大小除取决于含水量外还受黏粒含量、矿物成分等因素的影响；④相同体积含水量的土壤的基质吸力随着围压的增大而减小，相同基质吸力的土壤的含水量随围压的增大而增大。同时指出，对于黏性较强、有机质含量较高的黄河大堤非饱和土的土水特征曲线，还需要进一步研究。     

基于动态多步流动法的非饱和土持水特性试验研究

土-水特征曲线是描述非饱和土基质吸力与饱和度之间的关系曲线。由于传统的测试方法耗时较长,在常规压力板仪测试系统上增加数据自动采集系统、气泡体积测量系统和储水冲刷系统。通过动态多步流动法试验对原状土和重塑土进行脱湿过程土－水特征曲线的测定,对比分析非饱和土的结构性对其土-水特征曲线的影响。结果表明:改进之后的压力板仪可以实时测定溢出水质量,精确测量气泡体积,节省试验时间;原状土与重塑土的饱和度均随基质吸力和加载时间的增大而减小;相比于原状土,重塑土的脱湿速率和最终溢水量较小,进气值较高,达到残余饱和度状态所需时间较短,其残余含水率也偏大。     

含水率及干密度对高铁泥岩地基土无荷膨胀率的影响

通过室内无荷膨胀试验,研究初始含水率与初始干密度对高速铁路泥岩地基土无荷膨胀率的影响。研究结果表明:无荷膨胀率随时间的变化规律可分为快速膨胀、减速膨胀和膨胀稳定3个阶段。在相同初始干密度情况下,膨胀率随时间增长而逐渐增大,并且试样初始含水率越低,最终达到胀限含水率时的膨胀率越大。无荷膨胀率随初始含水率的增大而减小,干密度越大,无荷膨胀率减小的速率越快;无荷膨胀率随初始干密度增大而增大,在不同含水率条件下膨胀率增长速率有所不同。试样越干燥、干密度越大,其膨胀潜能越大。对无荷膨胀率时程曲线和无荷膨胀率-初始含水率-初始干密度三者关系分别用半对数函数和二元线性函数进行拟合,拟合结果良好,可较好地预测泥岩地基实际变形情况。     

非饱和黄土宏细观含水状态与结构性的研究

土水特征曲线可以反映土中孔隙的空间分布与变化情况,利用土体的孔隙分布特征可以研究 非饱和土的持水特性和结构特性。首先通过室内压力膜仪试验,研究了非饱和黄土的土水特征曲线的 进气压力值、脱湿速率、孔径分布参数等指标与干密度、击实含水率的关系;然后基于孔径分布计算理论 和试验结果,给出了非饱和黄土的孔径分布曲线,用来评价土体内部孔径的分布情况,分析了非饱和黄 土干密度和击实含水率对土的宏细观含水状态和结构性的影响机理。结果表明:增大非饱和土的干密 度,可使孔径变小,孔隙结构分布范围变窄,土颗粒从架状结构向致密结构转换,基质吸力变化引起含水 率变化较小,持水特性提高,土体的脱湿速率变慢,进气值呈现增大趋势;而击实含水率位于最优含水率 湿测时,影响并不明显。     

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。     

制样含水率对压实黄土持水及变形特性影响试验研究

通过研究不同制样含水率（击实曲线干侧、最优含水率下和湿侧）且同一干密度的压实黄土,分析由制样含水率所引起结构性差异对压实黄土持水和变形特性的影响。结果显示,制样含水率不同引起的黄土结构性差异影响压实黄土的进气值、脱湿速率和残余含水率,进气值关系为:最优含水率＜击实曲线干侧＜击实曲线湿侧,脱湿速率关系为:击实曲线湿侧＜最优含水率＜击实曲线干侧,残余含水率关系为:击实曲线干侧＜最优含水率＜击实曲线湿侧。另一方面,干密度和试验含水率一定时,在最优含水率下制备的试样湿陷变形最大,在击实曲线干侧击实比在湿侧击实更能减小压实黄土的增湿变形。     

滨海盐渍土土-水特征曲线试验研究

针对黄骅港滨海非饱和盐渍土,采用滤纸法对不同含盐量、不同含水率土样的吸力进行试验研究,分析其土-水特性及含盐量与各吸力之间的关系,以及吸力的影响因素及变化规律,并拟合建立基质吸力与体积含水率,渗透吸力与含盐量、体积含水率的数学模型。结果表明:含盐量的改变对总吸力和渗透吸力影响较大;基质吸力与体积含水率呈指数关系;拟合得到的渗透吸力与含盐量、体积含水率模型具有较高的拟合优度。研究成果可为分析非饱和盐渍土工程特性提供参考。     

膨胀土的土水特性试验研究

膨胀土具有吸水膨胀和脱水收缩的特性,利用非饱和土固结仪对南阳地区膨胀土试样进行了土—水特征试验,并根据试验得到的土—水特征曲线得到:试样的含水率随着基质吸力的增大显著减小;随着轴压的增大,孔隙比减小。当吸力相同时,含水率随孔隙比的减小而增大。     

不同干密度压实黄土的非饱和渗透性曲线特征及其与孔隙分布的关系

压实黄土在水分入渗条件下容易产生湿陷、不均匀沉降等工程地质问题,因此有必要对其渗透特性进行研究。本文采用基于滤纸法的竖直土柱试验测试了3种不同干密度压实黄土全吸力范围的渗透性曲线。试验结果表明,压实黄土的渗透性曲线随着基质吸力减小分为缓升段、陡升段和饱和段三个阶段,且干密度越小的土三段特征越明显。压实黄土干密度的差异主要影响低吸力段渗透系数,干密度越大,渗透系数越小;基本不影响高吸力段渗透系数。由于渗透系数与孔隙分布密切相关,孔隙越多渗透性越强。因此本文用压汞试验测得了3种土样的孔隙分布曲线。试验表明不同干密度的压实黄土,微孔数量基本相同,对应吸力范围的渗透系数也相同;孔径为1.3μm d 8μm的小孔数量随干密度增大而减小,对应吸力范围的渗透系数也相应地减小;中孔、大孔数量很少,其对土样的渗透性的影响甚微。这反映了渗透性受孔隙分布控制的内在机理。