原状黄土冻融过程渗透特性试验研究

通过对西安Q_3原状黄土在冻融作用下的电镜扫描和三轴渗透试验,研究了原状黄土冻融过程渗透特性变化机理及规律。试验表明:冻融过程中由于土体内部冰晶生长及冷生结构形成导致原状黄土微观结构发生显著变化,融化后的黄土在一定程度上增大了渗透性;基于图像处理软件,计算得到孔隙面积比随冻融次数增加呈指数增加趋势,反映出冻融作用一定程度上破坏原状黄土结构强度,使土体渗透性增强,但多次冻融后结构强度和渗透特性趋于稳定。冻融过程试样表面产生不规则裂缝,且含水率越高,土体表面特征破坏越严重,是渗透性增强的主要原因。渗透系数随围压增大呈指数下降趋势,且高围压时渗透系数差异较小;渗透系数随初始含水率增加近似呈抛物线变化规律,但高围压下渗透系数与初始含水率抛物线变化规律不明显;渗透系数随冻融次数增加近似呈指数增加趋势,但低含水率试样渗透系数变化幅度较小。基于试验数据规律性,进一步得到了考虑围压、初始含水率及冻融次数影响的西安Q_3原状黄土渗透系数多变量预测模型。     

土石坝心墙掺砾土的渗透特性冻融演化规律试验研究

高土石坝普遍采用掺砾黏土作为心墙区的压实填筑材料,而高寒区土石坝心墙在施工过程中面临严峻的冻融问题。对经历冻融作用后的压实掺砾黏土料开展一系列三轴渗透试验,研究冻融条件下其渗透特性的演化规律。试验结果表明:冻融作用后,掺砾黏土的渗透系数较未冻融时增大,且增加程度受冻融次数、围压、掺砾量和初始含水率等因素影响。随着冻融次数的增加,渗透系数逐渐增大,且在第1～2次冻融过程中增幅最大;低围压和高初始含水率情况下冻融导致的劣化作用更为突出,渗透系数增大更显著;掺砾量对渗透特性冻融演化规律的影响与掺砾黏土内部的土-石细观结构分布密切相关;随着初始含水率的增加,冻融后的渗透系数逐渐增大,但增幅在压实试样处于最优含水率的干侧时较大,而在湿侧时则较小一些。研究结果可为高寒季冻区高土石坝的防渗设计和冬季施工过程的冻融防控提供一定的指导依据。     

杨凌地区黄土三轴渗透试验研究

通过杨凌地区重塑黄土不同干密度下的常规渗透试验和三轴渗透试验,对比分析了围压和干密度对渗透系数的影响,用指数函数对围压和渗透系数的关系曲线进行了拟合,并推导出了饱和黄土干密度与渗透系数的函数关系.结果表明:在同等条件下,随着围压和干密度的增大,渗透系数减小,但其对渗透系数的影响会越来越小;于密度与渗透系数呈指数函数关系.     

不同酸度渗透溶液对重塑黄土渗透特性影响研究

通过对杨凌黄土进行三轴渗透试验和常规渗透试验,分析了不同干密度的重塑黄土分别在pH=7.0的无气纯水及pH=3.0, 4.0, 5.0的乙酸溶液渗透下渗透系数的变化规律,研究了黄土在含酸渗透水流作用下的劣化性质,为分析黄土在酸溶液渗透作用下强度变化以及黄土构筑物的稳定变化特性提供依据。试验结果表明：①饱和黄土的渗透系数随着干密度的增加而减小。②在一定的干密度下,黄土的渗透系数随围压的增大而减小。③饱和黄土在pH=3.0酸溶液短期渗透下的渗透系数最大,随着酸溶液pH值的增大,渗透系数随之减小,因为酸溶液中的氢离子溶解了黄土中的难溶盐形成了新的渗流通道;而纯水pH=7.0渗透下土样的渗透系数介于pH=3.0和pH=4.0渗透下土样的渗透系数之间,是因为纯水采用的是煮沸过的无气水,相比之下试验配置的酸溶液本身存在少量的气体,从而影响了渗透系数的大小。④渗透系数随时间的增加而出现减小的趋势。试样进行三轴渗透和常规渗透,得出渗透系数都有随时间的延长而减小的规律。     

基于BP神经网络的重塑黄土冻融过程抗剪强度劣化特性研究

冻融循环导致黄土强度的损伤规律十分复杂,传统单一因素评价方法难以确定冻融过程黄土抗剪强度指标损伤规律与多因素之间的量化统计关系。基于此,首先针对西安Q3重塑黄土进行室内冻融试验,得到不同干密度、含水率及冻融次数下的抗剪强度指标数据;然后采用BP神经网络算法对试验数据进行学习训练,得到各因素与抗剪强度指标间的预测模型。研究发现:黄土试样黏聚力随冻融次数增加呈指数衰减趋势;黏聚力随含水率和干密度增加分别表现出线性衰减和增加特征且冻融后黏聚力与含水率和干密度的变化曲线近似重合;内摩擦角呈波浪形变化趋势且波动范围较小,无明显变化。冻融过程黄土黏聚力神经网络模型的预测值和试验值之间相对误差较小,表明该方法具有较好的预测精度,能够综合描述诸因素与黏聚力的量化关系。     

重塑黄土等应力比三轴压缩试验研究

通过对陕西子洲重塑黄土进行三轴压缩试验,探讨和分析了不同等应力比、不同初始固结围压、不同初始干密度以及不同初始含水率对重塑黄土强度特性的影响。试验结果表明:黄土强度特性随初始固结围压、初始含水率以及初始干密度的变化规律与常规三轴压缩试验的变化规律一致;试验黄土的强度随等应力比k的变化而变化,k增大,黄土的强度也随之增大,k减小,黄土的强度也随之减小;侧向压力在随着竖向应力的微小变化下,土体破坏时的主应力值大幅度提高,使得土体的承载力大大提高,进而使得工程更加经济。     

饱和黄土三轴渗透试验

对饱和黄土进行了三轴渗透试验,结果表明:①饱和黄土的渗透系数随干密度的增大而减小,原状饱和黄土渗透系数大于重塑饱和黄土渗透系数,原状饱和黄土垂直渗透系数大于水平渗透系数;②饱和黄土的渗透系数随周围压力的增大而减小,在同一周围压力下原状饱和黄土渗透系数大于重塑饱和黄土渗透系数;③初始干密度越小,重塑饱和黄土水平渗透系数越小。     

宽级配砾质土三轴渗透试验研究

为研究宽级配砾质土的渗透特性,对不同砾石含量的宽级配砾质土进行了一系列的三轴渗透试验。试验结果表明随砾石含量的增加,宽级配砾质土的结构分别为悬浮-密实、密实-骨架、骨架-空隙3种形式;随砾石含量的增大,渗透系数呈现出先略微减小然后逐渐增大、最后迅速增大的变化规律;含水率、干密度均对宽级配砾质土的渗透系数有较大的影响;在最优含水率左右,渗透系数有明显的差异,施工中应注意对含水率控制。     

新疆伊犁非饱和黄土的直剪性能试验研究

为了解新疆黄土的抗剪强度变化规律,对取自新疆伊犁的黄土配置5个含水率进行6个干密度组合条件下共30组重塑黄土直接剪切试验。对不同含水率和压实密度下的黄土进行直接抗剪强度试验。试验表明:含水率不变时随着干密度的增加土的抗剪强度逐渐增大,内摩擦角在一定范围内变化不大,凝聚力随干密度的增加而增大;干密度一定的情况下随含水率的增加凝聚力逐渐减小,内摩擦角变化无显著规律。更多还原     

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。     

冻融对压实黄土工程地质特性影响的试验研究

季节冻土区黄土路基经常遭受强烈的冻融循环作用,使得路基土体的水分重新分布、密度发生变化,严重的会导致路基发生较大变形而破坏,造成一定的经济损失和安全隐患。通过补水条件下的压实黄土冻融循环试验,研究冻融循环作用对压实黄土的水分分布、变形和干密度等工程地质特性的影响。试验结果表明:反复的冻融循环作用使得土样含水率增加,从底板到顶板土样含水率逐渐递增,且含水率增加幅度随冻融次数的增加而增加;土样在冻融循环初期冻胀变形大于融沉变形,总体变形显著增加,经过一定冻融循环次数后土样总体变形趋于稳定,冻融循环后期土样出现较小的沉降变形;冻融循环使得土样的干密度逐渐减小,冻融循环次数越多,其干密度减小幅度越大。研究成果对压实黄土路基病害形成机理及防治措施研究具有重要的科学意义。     

石灰改良黄土渗透特性试验研究

为了研究石灰掺量对黄土压实特性与渗透特性的影响,以甘肃省庆阳地区黄土为研究对象,进行了不同石灰掺量下的标准击实试验与不同掺量、不同干密度下的变水头渗透试验,并对有代表性的试样进行了电镜扫描。试验结果表明:随着石灰掺量的增加,改良黄土的最大干密度drmax越来越小,对应的最优含水率wopt越来越大;当石灰掺量从0增加到3%时,最大干密度drmax的减小幅度最大;素黄土与改良黄土的饱和渗透系数ksat均随孔隙比e的增大而增大,且在半对数坐标中呈线性关系,不同掺量下的拟合曲线相互平行,但截距有所不同。结合电镜扫描结果对黄土的微结构从定性及定量角度分析可知,大中孔隙的数量及面积决定着黄土渗透性。     

基于BP神经网络的黄土湿陷起始压力的预测陈佳玫

黄土的湿陷起始压力是评价黄土湿陷性的重要指标之一。影响黄土湿陷起始压力的因素有很多,且各因素间并非独立,通过分析各物性指标间的相关性确定塑性指数、含水率、干密度作为影响黄土湿陷起始压力的因素。本文提出并建立了黄土湿陷起始压力的人工神经网络预测模型,选取新疆伊犁地区黄土的数据作为神经网络模型的学习和预测样本,将神经网络模型的预测结果与实际结果对比可知二者误差小于10%。利用陕西彬县黄土数据验证了网络模型的通用性,说明用人工神经网络方法计算黄土湿陷起始压力准确、可靠,建立了一种计算湿陷起始压力的新方法。     

黄土湿陷性与其物理力学指标的关系及评价方法

根据黄土物理力学指标可快速评价其湿陷性,故很有必要对黄土湿陷性与其物理力学指标之间的关系进行研究。为探究该关系,在大量现场试坑浸水试验及相应的室内试验基础上,采用数理统计、理论分析和数据挖掘相结合的方法,针对郑西(郑州—西安)高速铁路沿线的Q₃大厚度湿陷性黄土,系统研究了马兰黄土湿陷系数与深度、含水率、干密度、孔隙比、塑性指数和压缩系数之间的关系,并提出工程中用单个或多个物理指标评价黄土湿陷性的新方法。研究结果表明黄土湿陷系数与其物理力学指标之间具有较好的相关性,其中湿陷系数与深度、含水率、干密度之间呈线性负相关性,与孔隙比呈线性正相关性;对于关中地区Q₃黄土,黄土是否具有湿陷性的界限含水率为20%,界限干密度为1.4 g/cm³,界限孔隙比为0.9;相比而言,孔隙比对黄土湿陷系数影响最大,干密度和含水量次之,而后是塑性指数,压缩系数与湿陷系数的相关性较低。最后,基于数据挖掘技术,提出用多个物理指标综合评价黄土湿陷性的经验公式,可用于估算黄土的湿陷性。     

非饱和重塑Q_2和Q_3黄土的渗水特性研究

随着西北大开发战略的实施,工程中涉及的Q2黄土及其重塑土日益增多。为了研究非饱和重塑Q2黄土的渗透特性及其和Q3黄土渗透特性的差异,对重塑Q2和Q3黄土分别做了4个干密度的水平土柱入渗试验;采用MP-406水分计及数据采集系统量测不同断面处体积含水率随时间的变化情况。实验研究结果表明:相同干密度的重塑Q2和Q3黄土渗水特性存在较大差异。在相同饱和度情况下,重塑Q3黄土扩散率大于重塑Q2黄土,并且随着饱和度的增大这种差异逐渐减小。不管是重塑Q2黄土还是Q3黄土,饱和度达到0.6左右时,扩散率近似由两条直线段组成;对于重塑Q3黄土,当饱和度低于0.6时,干密度的不同对扩散率影响不大;当饱和度高于0.6时,扩散率存在较大差异;但对于重塑Q2黄土,此规律不明显。     

杨凌揉谷黄土动强度变化规律研究

以杨凌揉谷原状和重塑黄土为研究对象,进行不同含水率、干密度和固结围压下的动强度试验,探究单向激振下土样动强度随振次变化规律,对比原状和重塑土样动强度值差异,为西部地区工程建设抗震设计提供一定参考.结果表明:随着干密度的增加、含水率的降低、固结围压的增加,相同破坏振次下的土样动强度值增大,原状土样和重塑土样的动强度值差异随固结围压的增大而增大,随含水率增大稍有减少.