黄土地基水分入渗分析及增湿变形计算

黄土地基因渗漏水导致局部地基增湿从而引起的工程事故时有发生，但目前对渗水增湿过程及增湿变形尚难预测．首先对渗水量已知情况下的黄土地基渗水增湿过程进行理论分析，建立了二维湿陷性黄土地基线源入渗增湿计算模型，该模型揭示出黄土地基非饱和增湿过程，这与实际是相符的．入渗增湿计算得到黄土地基含水量变化后，进一步根据含水量确定模量，采用分层总和法计算黄土地基增湿前后的沉降量，前后的沉降量之差即为增湿变形，并经实例计算验证了该入渗增湿计算模型及增湿变形计算方法的合理性．     

关于非饱和膨胀土水体积变化系数计算的思考

非饱和膨胀土地基水分运动及其病害非常常见,水体积变化系数是计算非饱和土体水分迁移的重要参数,含水量和干密度是影响水体积变化系数的重要因素。在以往的研究中,对非饱和膨胀土的讨论非常少见。本文对水体积变化系数的计算过程和结果进行分析,得到了土体水体积变化系数随含水量、基质吸力和干密度变化的规律,并从微观结构变化的角度加以探讨,深入了对非饱和膨胀土的工程性质的认识。     

膨胀土增湿变形特性的试验研究

为研究膨胀土的增湿变形特性,应用室内试验手段,以西安-汉中高速公路穿越膨胀土路段为依托工程,对膨胀土的增湿变形特性与初始含水量、初始干密度及荷载水平的相关关系进行了研究,实验结果表明:对于干密度一定的原状膨胀土,天然含水量越大,增湿至饱和时膨胀变形量越小.土样干密度越大,含水量变化导致的增湿膨胀变形越大,增湿变形的水敏性越强.对于天然含水量一定的膨胀土土样,增湿膨胀变形随干密度的增大而增大,这一规律对低含水量膨胀土尤为显著.膨胀土天然含水量越小,增湿变形对干密度变化的敏感性越强.当荷载比较小时,荷载对增湿膨胀变形的约束作用(膨胀变性减小)最为显著,随着荷载增加,荷载对增湿膨胀变形的约束作用逐渐减弱.重塑膨胀土和原状膨胀土具有相同的增湿变形规律,但重塑土的增湿膨胀变形量明显大于原状土.     

连续降雨条件下黄土路基水分场数值分析

基于非饱和土水分迁移模型,给出了考虑含水量和密度影响的非饱和黄土路基水分场计算模型,确定了模型参数.指出含水量和密度对非饱和黄土渗透系数kw均有显著影响.编制有限元程序,模拟不利连阴雨天气,对黄土路基水分场变化过程进行计算分析.揭示出降雨入渗条件下土体密实度对路基水分场的变化有显著影响,密实度越小,路基湿软区域越大,雨水入渗水分迁移进程越快;相同条件下硬路肩较之土路肩更利于防止雨水入渗.因此,采用硬质路肩或增加土体密实度,均有利于减轻雨水渗入路基,从而预防和减少路基水毁病害.     

侧限条件下非饱和土增湿压缩试验研究

采动区建筑物局部地基增湿可减缓地表曲率变形,为研究非饱和土体增湿过程中的压缩变形规律,对侧限条件下不同初始含水量、荷载作用和渗水点位置等影响土体增湿压缩变形的因素进行了室内试验研究.试验结果表明,施加载荷和渗水点位置对土体渗水量和渗水速度有影响.在荷载作用下,非饱和土体增湿过程的压缩量与土体初始含水率、增湿时间、渗水量以及渗水点位置有密切关系.初始含水率越大土体增湿变形开始的时间越短;增湿时间越长,渗水量越多,施加载荷越大,土体的最终变形量越大;渗水点越接近载荷施加面,增湿变形的效果越显著.增湿变形具有3个阶段和可控性,研究结果对消除采动地表曲率变形对建筑物影响和建筑物结构纠偏等具有理论和实践指导意义.     

雨水入渗下膨胀土路堑边坡的稳定性数值分析

膨胀土路堑边坡发生滑坡的主要原因是雨水的入渗.通过分析膨胀土路堑边坡的工程特点和破坏机理,考虑雨水的入渗的情况下膨胀力变化的规律,选用合适的本构模型,对膨胀土路堑边坡的各种增湿状态进行仿真模拟,根据不同的降雨条件对膨胀土不同的入渗深度,对膨胀力进行简化,建立简单合理的膨胀力变化模型.分析发现膨胀土路堑边坡稳定性主要受雨水入渗后膨胀土的含水量影响,浸水后膨胀土边坡的安全性明显降低.这也要求在膨胀土路堑边坡的设计过程中,不仅要选用合理的坡率,而且要重点注意路堑边坡的防护和排水措施.     

含水量变化时非饱和土的变形研究

在非饱和状态下土中含水量的增加一方面将引起容重增大，从而引起压缩变形；另一方面将引起基质吸力的下降，从而引起土变形的回弹。非饱和土的最终变形表现为膨胀还是沉降取决于上述2种变形的综合效应。根据广义Hook定律，Fredlund的双应力状态变量，以及基质吸力与饱和度的关系理论，利用增量原理建立了K0状态下非饱和土的变形关系表达式，利用这一模型可以计算非饱和土含水量变化时的变形问题。研究表明：非饱和土的变形特性取决于土的性质，土中吸力变化前后的分布，所考虑土层的厚度以及应力状态等。     

防渗处理对膨胀土路基含水量分布的影响

膨胀土路基的变形取决于含水量的变化,本文采用ABAQUS对非饱和膨胀土路基的防渗进行分析。研究结果表明：未采取防渗方案时,降雨引起的含水量变化范围最大;在采取防渗方案后,含水量变化范围相应减小;另一方面,防渗越深,含水量变化值越为均匀,变化幅度越小。因此,土工膜防渗可以减小路基的变形。研究结果可为工程设计和数值计算的参数取值提供参考。     

重塑非饱和土抗剪强度指标与含水状态变化的关系

土体含水状态的变化对非饱和土强度的影响极为明显,对重塑非饱和粉质粘土抗剪强度进行分析,建立非饱和土抗剪强度的计算模型.通过室内非饱和土快速剪切试验,得到不同含水量的非饱和土抗剪强度指标,根据数值分析,建立重塑非饱和粉质粘土抗剪强度指标与含水量的关系,为工程设计及施工提供依据.     

降雨入渗作用下土壤含水量时空变化研究

降雨通过土壤汇集雨水并储藏、滤渗可以补充地下水,减少径流污染,还可以减少洪涝隐患.通过实验和模拟计算的手段研究不同汇水入渗条件下的土壤含水量变化.在饱和—非饱和入渗理论基础上,建立土壤入渗方向上的一维非稳态降雨入渗模型并通过既有的恒流入渗土柱实验对所编写的计算程序进行验证.结果表明,理论模型较好地反映了降雨入渗的动态过程.     

防渗对降雨引起的膨胀土路基渗流场的影响

采用有限元软件ABAQUS对由降雨引起的城市道路路基渗流场进行数值模拟。在降雨量一定的情况下,根据采用和不采用防渗措施时路基中饱和度和含水量的分布,分析降雨强度、土工膜防渗以及防渗深度对路基中水分分布及迁移的影响,并探讨土工膜防渗对控制城市道路膨胀土路基胀缩变形的意义。分析结果表明:降雨强度越低,雨水入渗引起的路基含水量变化量越大,沿路基横断面分布越不均匀;土工膜防渗以后,路基受降雨的影响明显下降,随着防渗深度的增加,降雨对路基中含水量分布的影响显著减小;防渗可控制降雨引起的膨胀土路基膨胀变形的发展。     

等温过程路基土体水分迁移特征分析

以沈哈高速铁路沿线的粘质黄土为研究对象,在恒温状态下进行了开放系统水分迁移试验,试验结果表明：在试件中引起水分迁移最主要的因素是基质势和重力势;土体中各点的含水体积分数从试件底部开始到试件顶部逐渐减小;毛细上升高度与时间呈幂函数增加关系,最终趋向于一个稳定数值;水通量与时间呈对数函数递减关系。基于上述试验,应用有限元法进行数值模拟的结果表明：含水量计算值与试验值基本吻合,表明该模型可应用于模拟地下水在路基中的上升过程;在水分迁移的整个过程中,土中孔隙水压力由土柱底端向上逐渐减小;在水分迁移过程早期,土体内部孔隙水压力的变化比较明显且变化速率较快;随着时间的推移,在水分迁移过程后期土体内部孔隙水压力的分布变化不明显且变化速率较小,当渗流稳定时,孔隙水压力沿着试样高度呈线性分布。     

非饱和膨胀土水分迁移的试验研究

在等温条件下,分组对不同初始干-湿段土体含水量、不同时间间隔对非饱和膨胀土的气态水迁移和气液态水混合迁移的规律及其关系进行试验研究,揭示了其随时间的变化过程。试验结果表明,土质情况、含水量水平及含水量梯度对其有重要影响,气态水迁移量与气液混合迁移量都随含水量梯度增加而增加,与时间和位置呈复杂的非线性关系;含水量较小时,土粒对水分的吸附能力较强,致使含水量梯度较大,含水量较大时,土粒周围自由水较多,水分分布较均匀。     

含水量对膨胀土强度影响的试验研究

本文运用非饱和土的强度理论分析了膨胀土的强度及其影响因素,对不同含水量的膨胀土进行固结不排水剪切试验。研究了膨胀土强度与其含水量之间的关系,试验表明膨胀土的峰值强度、稳态强度受膨胀土的状态影响强烈。随着含水量的增加,其强度明显下降。随着含水量的变化,粘聚力的变化比其摩擦角变化大。     

宁明膨胀土渗透特性试验研究

为研究宁明膨胀土渗透特性并得到渗流分析所需参数,在了解土性和土体结构特征的基础上,对广西宁明两种膨胀土的原状样和重塑样分别进行了饱和渗透试验、压力板试验和收缩试验,根据试验结果用间接方法得到非饱和膨胀土渗透系数及其随含水量变化规律。结果表明:矿物成分、土体结构对膨胀土的渗透性有一定影响,膨胀性粘土矿物含量越多,渗透系数越低、透水性越差。原状土被扰动重塑后微结构破坏,渗透性大大降低。宁明非饱和膨胀土渗透系数随着含水量减少(基质吸力增大)而急剧减小,渗透系数与含水量之间可以用指数函数拟合。     

重塑膨胀土膨胀力室内试验研究

为了进一步研究膨胀土膨胀力的发展规律,采用平衡加荷法研究南京膨胀土竖向膨胀力随时间、初始含水率、干密度的变化规律。试验结果表明:膨胀土试样初始含水率越小、干密度越大,膨胀速率越快;同一干密度的膨胀土试样随着含水率的增加,膨胀力不断下降,膨胀土试样的膨胀力与含水率基本呈线性关系;同一含水率的膨胀土试样的膨胀力随干密度的增大而增大,膨胀土试样的膨胀力与干密度基本呈幂指函数关系。