描述黏粒含量对土-水特征曲线影响规律的分形模型

土体黏粒含量对土-水特征曲线有重要影响。为了建立描述黏粒含量对土-水特征曲线影响规律的理论模型,本文基于分形理论,建立了质量分维数与黏粒含量的关系式,利用已有试验数据验证了该式的合理性,并从理论上解释了质量分维数随黏粒含量增大的基本规律。在此基础上,结合已有的研究成果,建立了分形模型描述土体黏粒含量对土-水特征曲线影响规律,该模型预测的土-水特征曲线与已有不同土类样本的试验数据吻合较好,从而证明了该模型的有效性。最后,利用该模型同时预测了不同黏粒含量典型土体的土-水特征曲线,阐明了黏粒含量对土-水特征曲线影响的基本规律,即相同吸力条件下,黏粒含量越高,则体积含水率越高。     

新疆某黄土的土水特征及其分形描述

本研究采用新疆某引水渠道边坡的黄土填料进行土水特征曲线试验,研究压实度和应力水平对土料的土水特征的影响规律。针对试验结果,本研究首先采用经典的van Genuchten模型进行曲线拟合。然后采用分形理论进行土水特征曲线的比较分析。结果表明:(1)随着压实度的增加,土水特征曲线向下移动;随着轴向应力的增加,土水特征曲线也会有所下移;(2)相应于孔隙分布,该土料的土水特征曲线具有明显的分形特性;(3)在相同压实度下,不同应力水平的SWCC分形拟合基本平行。采用本文所述的分形方法,在已知不同应力水平下的孔隙率时,可较为合理的从一个应力水平下的土水特征曲线推求其它应力水平下的土水特征曲线。     

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。     

干湿循环作用下原状黄土渗透性及其对土-水特征曲线的影响

为评估干湿循环作用对原状黄土水力特性的劣化效应,对甘肃Q₃黄土进行了4组不同干湿循环路径下的饱和渗透试验与土-水特征测试,分析土体饱和渗透系数和土-水特征曲线随干湿循环次数、循环幅度和下限含水率的变化规律。结果表明：原状黄土饱和渗透系数劣化度与干湿循环次数间关系可采用双曲线函数进行描述,6次循环后劣化度变化趋于稳定;土体饱和渗透系数劣化度随循环幅度增大而线性增大,随下限含水率增大而线性减小。V-G模型对干湿循环下黄土的土-水特征曲线拟合效果良好,模型参数θ_s、α、n变化幅度较小,而参数θ_r随循环次数增加呈指数下降趋势。依据试验结果建立了考虑干湿循环3参数的饱和渗透系数劣化模型与土-水特征曲线模型,并对土体非饱和渗透系数进行了预测分析。     

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。     

微观结构对膨胀土土-水特征曲线的影响

为了探究膨胀土吸湿过程土-水特征曲线与微观结构变化的关系,采用渗析法和气相法对南阳原状膨胀土的持水特性进行研究,获得了土样在全吸力(0.01~309 MPa)范围内的土-水特征曲线。利用Van Genuchten模型对试验结果进行拟合;采用扫描电镜试验和压汞试验测定吸湿过程中土样微观结构的变化,从微观的层面对膨胀土土-水特征曲线的趋势进行分析。研究表明:在吸湿过程中,膨胀土的微孔隙和大孔隙体积含量增多,小孔隙体积含量减少;吸湿过程中小孔隙和微孔隙体积含量的动态变化使得膨胀土表现出在土-水特征曲线没有拐点的情况下持续增湿的特性;大孔隙体积含量的变化只影响土-水特征曲线的边界效应段,但是影响较小。     

改性玄武岩残积土土-水特征曲线试验研究

为研究地下水对改性玄武岩残积土的影响,采用经过石灰、粉煤灰和水泥改性处理的两种不同配比及未处理土(对照组)进行土-水特征曲线试验,并对试验数据进行了数学模型拟合.研究结果表明:①土-水特征曲线由下降段和平缓段组成,下降段基质吸力对非饱和土的性质影响显著,平缓段影响不显著;②体积含水率随基质吸力的增大而逐渐减小,同时改性...     

甘肃Q3原状黄土的微观结构对其土-水特征曲线的影响

为了探究原状黄土土-水特征曲线与土样微观结构之间的关系,对甘肃黑方台不同埋深Q_3原状黄土进行了基本物理指标的测试,张力计法测得其土-水特征曲线,并利用FredlundXing模型对土-水特征曲线进行了拟合。采用光学显微镜和Photoshop合成技术获得了不同埋深土样的微观结构,统计得到孔隙累积级配曲线和分布曲线。结果表明不同埋深Q_3黄土,颗粒组成相同;其土水特征曲线,在饱和区,相同基质吸力下土样埋深(干密度)越大,体积含水率越小;而在过渡区,体积含水率则越大;在残余区,土水特征曲线几乎重合,这种差异主要是由土样的孔隙分布特征所控制。最后根据土样的分布曲线建立了黄土土水特征的本构关系,其预测值同实测值基本吻合。     

颗粒级配与压实度对路基土-水特征曲线的影响

为探究东北寒区公路路基黏土的基质吸力与其含水率、压实度、颗粒级配之间的关系,通过控制黏土中细粒含量,制备3种不同颗粒级配的黏土试样,采取人工压实的方法制备3种不同压实度的土样,采用离心机法测定不同颗粒级配、不同压实度条件下的重塑黏土的基质吸力.结果表明,在同一种压实度情况下,体积含水率相同时,细粒含量越多,黏土的基质吸...     

温度对非饱和土土水特征曲线的影响研究进展

总结了影响非饱和土土水特征曲线的因素,包括固结压力、竖向应力、孔隙比、初始含水量、吸力范围等。分析温度对非饱和土土水特征曲线的影响,从理论模型、影响机理和试验研究3个方面进行深入研究。研究表明：当含水量一定时,随着温度的升高,吸力逐渐降低,相应的土水特征曲线向下移动。最后,在分析目前研究现状的基础上,提出了进一步研究的方向。      

土壤水分特征曲线测定过程中土壤收缩特性研究

为探求不同土壤水分特征曲线拟合模型的适宜性以及离心机法测定过程中的土壤收缩特性,选取云南黏壤土(KM)、辽宁砂壤土(SY)、新疆砂壤土(KL)和山东壤土(LY),分别对土壤水分特征曲线进行测定并拟合,而后对测定过程中土壤的收缩度及其收缩特性进行分析。结果表明,对于KM、SY、KL和LY:(1)当吸力从0增至7 000 cm时,土壤含水率逐渐减小,且减小速率呈现"降低-增加-降低"趋势;(2)各土壤水分特征曲线经验模型均表现出良好的模拟效果,适宜模型分别为VG-M(m,n)、LND-M、VG-M(1-1/n,n)和VG-B(m,n),其中VG模型可作为最优模型同时对4种土壤进行土壤水分特征曲线拟合;(3)在土壤水分特征曲线测定过程中,土壤有效收缩度与吸力满足对数函数关系(R2=0.82~0.97),4种土壤收缩量表现为SYKMLYKL,且容重增加了0.19~0.46 g/cm3;(4)基于土壤收缩特征值可将土壤收缩过程大致分为伪饱和段、结构段和超正常段,且对于4种土壤,3个收缩段均可以用直线模型描述,但各收缩段的吸力范围存在差异。     

由土壤水分特征曲线反推土壤孔隙分形维数

利用分形几何理论,可在水分特征曲线与土壤结构分维之间建立一定的函数关系式。利用这些函数关系式与Campbell经验公式具有相同或相似的幂定律形式的特点,由土壤水分特征曲线反推土壤孔隙分形维数,这不仅可以揭示Campbell经验公式与土壤孔隙结构之间的内在联系,还可为建立土壤非饱和水力参数的分形模型提供理论依据。     

考虑应力引起孔隙比变化的土水特征曲线模型

土水特征曲线在非饱和土力学中扮演着非常重要的角色，它已在岩土工程和环境岩土工程得到广泛应用。利用GCTS土水特征曲线仪，测定了无压和一定固结压力下的非饱和黄土土水特征曲线，引入“水土体积比”对已有文献中Saskatchewan粉土、Indian Head冰碛土和黄土的土水特征曲线数据进行分析，结果发现水土体积比随基质吸力的变化在一定应力所致孔隙比（预先固结和固结所致）和基质吸力范围内可归结为一条曲线。基于此认识，对van Genuchten模型进行改进，提出了一种考虑应力引起孔隙比变化的土水特征曲线模型，并验证了该模型的正确性，为研究非饱和土的力-水耦合本构关系提供了一条新思路。     

考虑应力引起孔隙比变化的土水特征曲线模型

土水特征曲线在非饱和土力学中扮演着非常重要的角色,它已在岩土工程和环境岩土工程得到广泛应用.利用GCTS土水特征曲线仪,测定了无压和一定固结压力下的非饱和黄土土水特征曲线,引入“水土体积比”对已有文献中Saskatchewan粉土、Indian Head冰碛土和黄土的土水特征曲线数据进行分析,结果发现水土体积比随基质吸力的变化在一定应力所致孔隙比(预先固结和固结所致)和基质吸力范围内可归结为一条曲线.基于此认识,对van Genuchten模型进行改进,提出了一种考虑应力引起孔隙比变化的土水特征曲线模型,并验证了该模型的正确性,为研究非饱和土的力-水耦合本构关系提供了一条新思路.     

粉土土水特征曲线影响因素试验及模型验证

土水特征曲线(SWCC)的影响因素有很多,为了探究其主要影响因素,采用压力板仪测定了初始干密度为1.78 g/cm~3的土样A和初始干密度为1.65 g/cm~3、经固结试验后干密度为1.78 g/cm~3的土样B它们的初始脱湿线,发现二者基本重合。这说明在其他条件相同的情况下,是干密度而非固结压力决定了SWCC形态。测定了土样B的主吸湿线和主脱湿线,并采用毛细滞回简化模型计算了土样的主脱湿线,计算所得主脱湿线和试验得到的主脱湿线基本重合,验证了该模型的有效性。     

基于不完全分形理论的土壤水分特征曲线模型

本文将土壤的物理构成分为不具有分形结构的固体颗粒和孔隙以及具有分形结构的团聚体结构，建立了土壤孔隙和粒径分布的不完全分形模型，并与土壤毛管水运动Young-Laplace方程相结合推导出土壤水分特征曲线模型。将模型应用于6种土壤的结果表明，模型所包括的3个参数中分形维数有随土壤黏粒含量的增加而增大的趋势，另2个参数分别为基质势作用下的可释放含水率和特征曲线的形状参数。所提出的水分特征曲线模型能够较好的模拟不同土壤质地和基质势范围下土壤基质势和含水率的特征关系。     

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。     

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。