一种基于VG模型的变形土进气吸力值预测方法

土体进气吸力值是土-水特征曲线的重要参数,研究非饱和变形土体的水力及力学性质时,需要对其进行预测。结合Van Genuchten(VG)模型与压缩变形条件下土-水特征曲线变化规律,建立了变形土进气吸力值简便预测模型。为验证该模型的合理性,以湖南黏性土为例,采用压力板仪测量其土-水特征曲线试验数据,将不同初始孔隙比黏性土进气吸力值实测值与预测值进行对比。研究结果表明本文方法预测值与实测值吻合较好。此外,采用VG模型对已有非饱和相对渗透系数模型进行简化统一,并进行验证,证明了该方法的简便有效性。研究成果提供了一种理论预测变形土进气吸力值的新方案,为后续的相关研究提供了一种新方法。     

扬州地区黏性土土水特征曲线试验研究及应用

对扬州地区典型黏性土进行了土水特征曲线试验研究,分析了干密度对土水特征曲线的影响。试验表明:土的初始干密度越大,进气值越大,脱水速率越小。采用Fredlund和Xing三参数模型计算得土水特征曲线方程,并推算出非饱和土的渗透系数曲线。通过对降雨入渗条件下的扬州地区典型黏性土边坡进行稳定性分析。结果表明:同等基质吸力下,非饱和土体积含水率越大,渗透系数越大;土体进气值越大,同等基质吸力下渗透系数越大,边坡越稳定;扬州地区黏性土体遭遇特大暴雨时,降雨4 d后边坡安全系数下降30%~50%,滑动面位于边坡表层。更多还原     

降雨入渗下非饱和土边坡临界稳定性分析

运用分形模型预测非饱和土的土水特征曲线与导水系数曲线,结合孔隙气体流动分析,模拟降雨入渗条件下的一维非饱和渗透过程。根据非饱和土抗剪强度的分形模型,导出降雨入渗下非饱和土边坡临界深度公式,并分析了影响边坡稳定性的因素。非饱和土的分维与进气值影响土体的水理性质。分维影响降雨的入渗速度与入渗深度,而进气值影响降雨入渗下土体吸力的变化曲线形态。非饱和土的饱和导水系数与降雨强度对边坡稳定性影响较大,在降雨强度远大于非饱和土的饱和导水系数时,孔隙气体在降雨入渗过程中将产生气压,对吸力产生影响。     

非饱和土的土-水特征曲线的试验研究及应用

利用改进的非饱和土三轴仪,对非饱和土在不同围压条件下的基质吸力与含水量关系的试验研究。并根据试验结果,绘制非饱和土的土-水特征曲线与围压-基质吸力关系曲线。分析曲线规律,拟合基质吸力与体积含水量之间的函数,并通过土水特征曲线计算非饱和土的渗透系数及预测非饱和土的抗剪强度。     

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。     

非饱和粉土的动弹性模量和阻尼比研究

使用吸力可控或可测的非饱和土振动三轴试验仪,对非饱和及饱和粉土进行动力变形试验,在不同净围压应力、不同初始含水率的条件下,得到了非饱和及饱和粉土试样的动应力应变骨架曲线、动弹性模量和阻尼比,并量测试样吸力。试验结果表明:(1)非饱和粉土的骨架曲线比饱和粉土的高;(2)在相同净围压条件下,不同含水率的非饱和粉土动弹性模量大小相近,而饱和土试样的动弹性模量略小;(3)在相同净围压条件下,不同含水率的非饱和粉土阻尼比也相近,而饱和土粉土的阻尼比略大。     

非饱和粉土的动模量和阻尼比研究

使用吸力可控或可测的非饱和土振动三轴试验仪，对非饱和及饱和粉土进行动力变形试验，在不同净围压应力、不同初始含水量的条件下，得到了非饱和及饱和粉土试样的动应力应变骨架曲线、动弹性模量和阻尼比，并量测试样吸力。试验结果表明：（1）非饱和粉土的骨架曲线比饱和粉土的要高；（2）在相同净围压条件下，不同含水量的非饱和粉土动弹性模量大小几乎相近，而饱和土试样的动弹性模量略小；（3）在相同净围压条件下，不同含水量的非饱和粉土阻尼比也几乎相近，而饱和土粉土的阻尼比略大。上述试验结果可以用现代非饱和土力学理论来解释。     

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。     

某路基土非饱和固结试验及研究

路基土在非饱和条件下的强度特性研究对路基设计与施工具有较大的指导意义。为研究某路基土在不同干湿状态下的非饱和变形及强度特性,该文通过非饱和吸力控制及固结压缩试验研究了某路基土重塑样的非饱和性能。试验结果表明该路基土饱和膨胀变形很小;通过气相法对土样进行吸力控制得到不同吸力控制条件下土样的体变特征,土样随着吸力的增大孔隙比减小;基于非饱和压缩固结试验的到了不同吸力状态下土样的屈服应力,随着吸力从0增大到110 MPa 土的屈服应力从200 kPa增大到1．05 MPa;通过经典模型对实验结果进行了验证,结果表明本文非饱和路基土的压缩固结试验结果能通过Alonso等在1990年提出的非饱和土BBM模型来描述。     

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。     

基于湿润锋前进法的不同应力状态砂质黄土土柱渗流试验

由于试验装置的局限性,非饱和土渗透特性的研究大多未考虑应力对渗透系数的影响。为探讨水-力耦合作用下砂质黄土的渗透特性,自主研制了一套水-力耦合试验装置。采用湿润锋前进法探究了不同初始干密度和轴向力对非饱和渗透系数的影响,得到水-力耦合作用下非饱和黄土渗透性和轴向位移的演化规律。结果表明:(1)砂质黄土的渗透系数随基质吸力的增大而减小,在不同测试截面处渗透函数曲线出现分层现象;(2)土体的渗透系数随初始干密度和轴向力增大而减小;(3)随轴向力增大,不同初始干密度土柱的稳定渗透系数趋向一致;(4)砂质黄土具有较大的水敏性,在水-力耦合作用下土体结构破坏,导致湿化前后轴向位移差异较大。     

库岸边坡渗流及稳定性分析

库岸边坡常因受到库水位周期性波动的作用而失稳。传统的饱和土渗流及稳定分析方法无法正确描述水位升降过程中岸坡内孔压场的动态变化及其对岸坡安全系数的影响规律。本文从非饱和土的渗流和抗剪强度理论出发，分析了水位升降时土质岸坡的渗流规律及其稳定性的变化规律。通过选取典型的土性参数，对黏土、粉土和均质砂岸坡进行饱和-非饱和渗流分析，得到水位升降过程中岸坡内孔隙水压力场，再引入极限平衡方法，考虑基质吸力对非饱和土抗剪强度及岸坡安全系数的贡献，进行岸坡稳定性分析。分析表明，土体的饱和渗透系数和土水特征曲线共同决定了水位升降时岸坡内孔隙水压力的大小及分布，水位升降情况下岸坡安全系数的变化规律也与岸坡土体的渗透特性有关。     

非饱和花岗岩残积土动力变形特性试验研究

为了探究某高速公路工程中非饱和花岗岩残积土动力荷载作用下的变形特性,以衡阳非饱和花岗岩残积土为研究对象,采用美国GCTS公司的USTX-2000非饱和土/饱和土动静三轴试验系统进行了非饱和动三轴试验,并利用Janbu公式进行了拟合。分析了吸力、净围压等对非饱和花岗岩残积土的变形特性的影响,并对其相应的本构关系及模型参数进行了探讨。结果表明:在吸力一定情况下,动应力应变骨干曲线呈双曲线型,骨干曲线随着净围压增大向上移动,不同净围压情况下,其与吸力未呈明显的相关关系;净围压相同时,非饱和花岗岩残积土的最大动弹性模量随动应变增大而减小;吸力一定条件下,最大动弹性模量随着净围压的增大近似线性增加;相同净围压下,阻尼比随动应变的增大而增大。研究成果为工程地质问题治理提供理论依据。     

非饱和土柱形孔扩张的统一弹塑性解

为了研究非饱和土扩张引起的土体力学响应,对现有非饱和土孔扩张解答进行优化,基于非饱和土统一强度理论和孔扩张理论,合理考虑中间主应力效应和基质吸力的影响,建立了非饱和土柱形孔扩张的统一弹塑性解,并对其进行了可比性分析、与现有解的对比验证和参数分析,得出中间主应力、基质吸力及扩孔效应的影响规律。研究结果表明:由于基质吸力的存在,非饱和土极限扩孔压力较饱和土更高;不考虑中间主应力影响的Mohr-Coulomb解答过于保守,极限扩孔压力偏小;整个扩孔过程中,扩孔压力随着扩孔半径的增大而增大,增长速率逐渐减缓,最后趋近于定值,达到极限扩孔压力。由于考虑了中间主应力效应、非饱和特性等工程实际情况,研究成果可为桩基扩孔等工程设计提供有益的参考。     

基质吸力对非饱和黏土抗剪强度的影响

通过直剪试验,探讨了基质吸力与非饱和黏土抗剪强度的关系,结果表明:含水量对非饱和黏土基质吸力的影响较大,随着基质吸力的增大含水量减小,这种减小的趋势在基质吸力小于400 kPa时较明显;非饱和黏土抗剪强度与基质吸力之间的关系是非线性的,且存在转折点;基质吸力对非饱和黏土抗剪强度的提高有限。     

自由状态下高压实非饱和高庙子膨润土的渗透系数

高放废弃物深地质处置库中，由高压实膨润土形成的人工屏障，起着阻障围岩中地下水渗入内库和阻止核素迁移、以及防止库内高放废物辐射扩散的作用；高压实膨润土还具有填充围岩和核废料包装罐之间缝隙的作用。因此，有必要研究自由状态下、高压实膨润土的非饱和渗透性能和水化膨胀特性。采用瞬时截面法试验研究了自由膨胀状态下、高压实高庙子膨润土的非饱和渗透系数；采用数显百分表量测了膨润土在水化下的膨胀变形。结果表明：自由膨胀状态下，干密度为1.70g/cm3的高压实高庙子膨润土的非饱和渗透系数基本在1.00×10-12 m/s与1.00×10-15 m/s之间变化；且随吸力减小（饱和度增加）基本上呈现先减小后增加的趋势。在膨润土饱和时，膨润土土柱的水平膨胀应变最大是8.16%；垂直膨胀应变最大是8.40%。孔隙比随吸力的减小基本上呈现逐渐增加的趋势。     

基于滑移线理论的非饱和土条形地基承载力计算

为了对非饱和土平地地基的极限承载力进行理论计算和定性分析,对非饱和土条形地基的承载力进行了计算,将基质吸力和有效应力系数引入平衡方程,构建含有非饱和参数的滑移线方程,并采用滑移线法将得到的非饱和土滑移线方程改为差分方程进行求解。综合讨论了黏聚力、内摩擦角、地下水位及垂直不饱和流速对非饱和土条形地基承载力的影响,并计算了不同情况下的非饱和土条形地基承载力,得出非饱和土平地地基的极限承载力和平均承载力均要大于饱和土地基。计算所使用的基质吸力不是一个定值,更符合实际情况,研究成果为非饱和土地基承载力计算提供了一种参考。     

压实黄土非饱和增湿变形过程及其微观机制

为了研究黄土的非饱和增湿变形特性,对不同压实度的黄土分别进行分级浸水的增湿变形试验,对其从非饱和状态增湿至饱和过程中的变形特性进行对比研究,提出了压实黄土增湿变形的临界孔隙比。通过扫描电镜试验(SEM)和压汞试验(MIP),分析了压实黄土的增湿变形特性与其微观结构之间的关系。结果表明:竖向应力条件下,当压实黄土的初始孔隙比大于临界孔隙比时,孔隙比将随饱和度增大呈指数函数递减,并趋向于临界孔隙比;当压实黄土的初始孔隙比小于临界孔隙比时,孔隙比随饱和度增大不变。压实度为70%时,黄土内部具有大量大于颗粒尺寸的大孔隙,增湿变形较强;压实度达到90%时,黄土内部孔隙尺寸远小于大部分颗粒尺寸,增湿变形很弱。在水力耦合作用下,压实度为70%的黄土的孔隙结构变化很大,颗粒边角相互摩擦变圆,颗粒排列定向性明显加强;而压实度为90%的黄土的孔隙结构变化较小,集粒内部弱胶结作用的破坏使颗粒更趋于棱角状,颗粒排列定向性无明显变化。研究结果为明确黄土的增湿变形机制提供了参考。