高温作用下非饱和黄土水热迁移试验研究

黄土的水敏性特点使其强度随含水率降低而大幅增加,高温疏干方法进行黄土加固具有广阔应用前景,研究高温作用下非饱和土水热迁移规律具有重要意义。通过自制高温水热迁移装置,进行不同高温水平下不同初始含水率黄土的水热迁移试验。试验结果表明：高温对水分具有显著驱动作用;当热端温度超过100℃时,试验初期贴近热源土体的水分被快速驱离,是气液相变导致的气态水迁移显著增加所致;含水率分布由峰值曲线逐渐演变为含水率单向增大的缓变曲线;热源温度越高,水分迁移通量越大。建立了高温水热迁移模型,并通过计算验证了模型的可靠性。以体积含水量表示计算所得水分场数据分析了高温和水分含量对水分迁移的综合影响机制,根据黄土高温水分迁移特征在不同体积含水量阶段的差异化表现,将高温水分迁移特征划分为3个区间。Ⅰ低体积含水量区间：水分迁移通量随体积含水量变化曲线呈现峰值曲线,水分主要迁移形式为气态水;Ⅱ中体积含水量区间：随体积含水量增大,气态水迁移通量减小的同时液态水迁移通量增大;Ⅲ高体积含水量区间：温度作用对水分迁移进程不产生影响。     

冻融作用下地基土水分迁移试验研究

为研究季节性冻融区地基土水分迁移的规律,对不同初始含水量以及温度梯度作用下的重塑土进行了冻融试验,试验结果表明:随着初始含水量的增加,土样水分迁移更加明显;温度梯度越大,土样冻结速率越大,水分聚集层越靠近暖端。     

冻结速率对Q2黄土性状影响的试验研究

 对不同含水量洛川Q2黄土开展不同冻结速率条件下土样结构细观分析及室内直剪试验。结果表明：(1) 含水量较低时,随着冻结速率的提高,土样低密度区统计频率有所增加,中密度区统计频率几乎无变化,高密度区统计频率稍有减小,冻结速率对土样各密度区影响不大;黄土样含水量较高时,冻结速率对低密度区影响较大,对高密度区影响较小,含水量越大,这种影响也越大。(2) 冻结速率较慢时,水分冻胀作用对黄土的性状影响不明显。当冻结速率较快时,黄土体内的水分来不及迁移到冻结锋面就冻结,在黄土体内冻胀;当冻结冰的体积大于其在黄土体内的自由膨胀空间体积时,黄土体体积稍有增加,黄土密度和黏聚力减小;含水量越大,体积增加越大,土体密度及黏聚力减小程度也越大。冻胀力使得黄土内大孔隙所占的比例有所下降,土颗粒间的接触点增多,从而使得土体内摩擦角增大。冻结速率越快,含水量越大,土体内摩擦角的增加量也越大。     

非饱和土体气态水迁移试验研究

取黄土和砂土土样，对等温条件下非饱和土气态水迁移规律及气态水迁移与液态水迁移关系问题进行试验研究。试验结果表明，土质、含水量梯度和含水量水平等因素对气态水迁移有显著影响，密度对气态水迁移的影响可以忽略不计。当土体水分主要以结合水存在时，含水量梯度影响下的气态水迁移量大于液态水迁移量：当土体存在较多自由水时，含水量梯度影响下的气态水迁移量小于液态水迁移量。     

管沟渗水下的黄土地基水分场数值分析

基于实际工程管沟漏水的情况,考虑黄土地基土体初始含水量、孔隙比、管沟内积水压力等因素影响,给出了二维非饱和黄土地基管沟入渗的有限元计算模型,确定了模型参数,并编制软件对管沟渗水下的黄土地基水分场进行了计算分析.结果表明,土体孔隙比越大,初始含水量越大,入渗速度越快,地基增湿区域越大,但随着增湿区域的增大,入渗水量扩散作...     

全吸力范围非饱和土水力渗透系数的计算

非饱和土水力渗透系数决定了水分在非饱和土体中迁移的速率,因此非饱和土水力渗透系数是研究水分在非饱和土中迁移规律的关键参数。一般情况,渗流数值计算软件将水力渗透系数方程作为输入参数,水力渗透系数方程的准确性直接影响渗流模拟结果的可靠性。常用的非饱和土水力渗透系数方程大多基于毛细水的相关理论,在低吸力区其计算结果与试验数据吻合度较高,但在高吸力区计算结果与试验数据差异显著。将全吸力范围分为毛细水渗流主导区、膜态水渗流主导区、气态水渗流主导区,并分析了不同形态的水分在非饱和土体中迁移规律的控制机理。全吸力范围的非饱和土水力渗透系数定义为表观渗透系数,其包含毛细水渗透系数、膜态水渗透系数和气态水渗透系数。通过剖析毛细水、薄膜水以及水蒸气在非饱和土体中迁移机理,推导不同形态水分渗透系数的数学表达,最终得出全吸力范围非饱和土的水力渗透系数计算方程。     

降雨对非饱和黄土边坡含水量变化规律分析

首先确定了非饱和黄土的土-水特征曲线和渗透系数-基质吸力关系曲线及其参数,进一步通过非饱和渗流计算,研究了降雨对非饱和黄土边坡含水量的影响.揭示出坡高对边坡土体含水量分布影响较小,但边坡含水量增大区域随坡高的增加而增加.坡度越陡,降雨引起的坡体浸润区深度增加越大,不利于边坡稳定.土体干密度增加,降雨增湿区域变小,边坡稳定性较好.随初始含水量增加,降雨入渗区域和区内土体含水量增加.降雨历时越长,入渗深度不断增加,边坡土体湿软区不断增加,对边坡稳定性影响较大.在干旱半干旱地区,土体含水量较少,降雨入渗时边坡浸润区大小和含水量都增加缓慢,有利于边坡抵抗降雨入渗;在湿润地区,土体含水量较高,降雨入渗时边坡浸润区大小和含水量都增加较快,不利于边坡抵抗降雨入渗.     

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。     

黄土塬非饱和黄土增湿变形特性及结构性研究

为了研究黄土塬地区非饱和黄土增湿变形特性及其与结构性的关系,选取庆阳市西峰区某建筑场地土样,对其进行了不同含水率下的黄土固结试验研究,讨论了湿陷系数与压力、初始含水率及初始结构强度的关系。结果表明:不同浸水压力作用下,湿陷系数随初始含水率的增大基本呈现递减趋势;高压力处增湿湿陷性强,低压力处增湿湿陷性弱;黄土结构强度随初始含水率的增大呈降低趋势,且在含水率增大初期,黄土结构强度降低速率较大,后期速率减缓;黄土湿陷前后土体的微结构发生了明显变化,形成了较稳定的次生结构。     

电渗–真空联合作用下富水黄土的排水固结特性分析

以富水黄土隧道开挖前围岩的快速排水为目的,提出电渗联合真空的方法,并对其排水固结过程进行了理论分析和试验研究。基于多孔介质理论和非饱和土力学原理,建立非饱和土体在电渗–真空作用下电场–孔压场–位移场相互耦合的数学模型,利用有限单元法数值分析土体在电渗–真空作用下的排水固结规律,并结合室内模型试验进一步验证该方法在富水黄土快速排水中的应用效果。研究结果表明：电渗–真空联合作用可以有效的提高土体的排水效率,但当初始渗透率较大时,联合排水后期会出现“孔压反转”现象,这种现象会导致联合排水后期排水效率低下,揭示联合排水后期增大电压并不能有效提高排水效率的机制;电极间距主要对电渗–真空联合排水后期孔隙水压力的变化有较大影响,且阳极电势一定时,孔隙水压力不随电极间距成单调变化。     

混合电源输出方式下的一维电渗试验研究

利用改进的一维电渗固结试验装置对饱和软黏土进行电渗试验,通过监测电渗过程中的电流、电压、电势、排水量、电渗前后的含水率和抗剪强度,利用电渗透系数、电迁移系数、能耗系数来研究不同电源输出方式下的电渗排水状况。试验结果表明:相比于稳压输出方式,压流模式下的累积排水量更小且排水速率更慢,有效电势利用率变化幅度略小,电渗透系数和电迁移系数衰减得更快,含水率的总下降值和归一化抗剪强度略大;相比于稳流输出方式,流压模式下的累积排水量更大且排水速率更快,有效电势利用率变化幅度更小,电渗透系数和电迁移系数衰减得更慢,含水率总下降值和归一化抗剪强度更大。通过对不同电源输出方式下能耗系数递增速度的对比,得出流压模式下电渗工况更经济合理。     

铁和铜电极对电渗效果影响的对比试验研究

对铁和铜电极的电渗效果进行了室内试验研究,通过监测排水量、电极处电势损失、含水率等分析比较了两者对电渗效果的影响,结果表明,铁电极在电渗中的表现优于铜电极。铜作为电渗阳极时,通电4～6 h后其电流有一迅速下降过程,同时阳极电势损失大幅增加。还开展了不同阴阳极材料组合对电渗效果影响程度的试验研究,研究发现阳极材料对电渗效果影响很大,相比之下阴极材料的影响较弱。最后从电化学角度对试验结果作了较为合理的解释。本文首次在电渗过程中发现电化学钝化现象,并指出电化学钝化将大幅降低电渗的效率,实际工程中应避免其发生。     

Improvement of silty clay by vacuum preloading incorporated with electroosmotic method

A laboratory test was performed to assess the effectiveness of vacuum preloading incorporated with electroosmotic (EOM) treatment on silty clay (combined method) for reclamation projects like new disposal ponds, where the horizontal electrode configurations beneath the soil layer were possible and the drainage pipes and the prefabricated vertical drains (PVDs) system could be easily installed in advance before the sludge dragged from sea bed or river bed was filled into the site. Three groups of tests were conducted on the silty clay from Qinhuai River in Nanjing, China. The model is able to apply vacuum pressure at the bottom of the soil layer and a direct current electric field simultaneously. It is also possible to measure the pore pressures at different depths of soil column, and the changes in settlement and volume with the elapsed time. In this study, the vacuum preloading method, vacuum preloading applied at the bottom (VAB method), was applied and the cathodes were installed beneath the soil layer. The results obtained indicate substantial reduction in water content, and increases in dry density and undrained shear strength in comparison with those obtained by the vacuum preloading only, particularly at the positions close to the anode. The combined method utilizes the vertical drainage flow created by the electroosmosis integrating the horizontal drainage flow created mostly by the vacuum pressure. The total drainage flow can be calculated as a result of the vertical drainage flow by electroosmosis only and the horizontal drainage flow by the vacuum preloading only. The way of placement of the cathode and the anode in the combined method also overcomes the disadvantage of EOM method itself, i.e. the appearance of cracks between the anode and the surrounding soil. Moreover, it is observed that the vacuum preloading plays a primary role in earlier stage in deduction of free pore water; meanwhile, the electroosmotic method is more efficient in later stage for absorbing water in the diffused double layers o     

干密度对黄土渗透系数的影响

非饱和渗透系数是研究非饱和土入渗规律的重要参数,同时也是研究边坡失稳和地基浸湿变形的重要基础。本文采用变水头法测量原状黄土和重塑黄土饱和渗透系数,基于ChildsCollis-Geroge模型,结合土水特征曲线和饱和渗透系数,详细探讨了原状黄土、不同干密度非饱和重塑黄土体积含水率与渗透系数的关系和规律。结果表明,原状黄土的饱和渗透系数远小于重塑样,重塑土样饱和渗透系数随着干密度的增大而减小;黄土非饱和渗透系数减小趋势随着干密度增大而减小,但在残余含水率附近,不同干密度下试样的渗透性基本相同。     

Effect of electrokinetic remediation on indigenous microbial activity and community within diesel contaminated soil

Electrokinetic remediation has been successfully used to remove organic contaminants and heavy metals within soil. The electrokinetic process changes basic soil properties, but little is known about the impact of this remediation technology on indigenous soil microbial activities. This study reports on the effects of electrokinetic remediation on indigenous microbial activity and community within diesel contaminated soil. The main removal mechanism of diesel was electroosmosis and most of the bacteria were transported by electroosmosis. After 25 days of electrokinetic remediation (0.63 mA cm^− 2), soil pH developed from pH 3.5 near the anode to pH 10.8 near the cathode. The soil pH change by electrokinetics reduced microbial cell number and microbial diversity. Especially the number of culturable bacteria decreased significantly and only Bacillus and strains in Bacillales were found as culturable bacteria. The use of EDTA as an electrolyte seemed to have detrimental effects on the soil microbial activity, particularly in the soil near the cathode. On the other hand, the soil dehydrogenase activity was enhanced close to the anode and the analysis of microbial community structure showed the increase of several microbial populations after electrokinetics. It is thought that the main causes of changes in microbial activities were soil pH and direct electric current. The results described here suggest that the application of electrokinetics can be a promising soil remediation technology if soil parameters, electric current, and electrolyte are suitably controlled based on the understanding of interaction between electrokinetics, contaminants, and indigenous microbial community.     

冻融循环对高含水量黄土压缩变形特性的影响

为了研究不同冻融循环次数下含水量变化对季节性冻土地区高含水量黄土压缩变形特性的影响,以山西阳曲地区高含水量黄土为研究对象,分别进行不同含水率、冻融循环次数的侧限压缩试验,并引入压缩变形系数来表达黄土的压缩变形特性。研究表明,当含水率达到22%时,未经冻融土样表现出明显的湿软特性,随着冻融循环次数的增加,土样的湿软特性逐渐加剧,且冻融循环次数5次之前土样的压缩变形较大;随着含水率的逐级增加,存在一个含水率阈值,使得冻融循环作用对土样的压缩变形特性将产生显著的影响;并通过割线模量法对该黄土压缩变形过程中的应力应变关系进行分析,得出拟合结果。     

地埋管换热器周围非饱和土壤热湿迁移数值模拟

本文在极坐标下建立了地埋管换热器周围非饱和土壤的热湿迁移数学模型与纯导热数学模型,采用有限体积法对两种模型进行了数值求解。模拟结果表明,向土壤中排热会使得钻孔壁附近的含湿量降低。当土壤初始含湿量较大时,土壤中湿分迁移对土壤热物性基本上没有影响,纯导热模型与热湿迁移模型模拟土壤与地埋管换热器之间的换热现象时基本一致;当土壤初始含湿量较小时,热作用对钻孔壁附近的湿迁移影响较为显著,土壤热物性会随之发生变化,此时纯导热模型与热湿迁移模型计算差值较大。     

阳极跟进作用下软黏土电渗固结室内试验研究

在等电势梯度的前提下,针对电渗法加固软黏土地基提出了阳极跟进技术,设计了8组电渗对比试验,对不同阳极跟进方案作用下电渗试验的电流、抗剪强度、排水量、含水率、pH值和土体电导率等指标进行了监测,分析了不同方案下的电渗加固效果。试验结果表明:采用阳极跟进技术时,第1次阳极跟进作用效果最为显著;在电流密度处于高位时进行阳极跟进会在一定程度上降低电渗效率,在电流密度处于低位时进行阳极跟进能够促进电渗作用;针对阴极区土体开展阳极跟进无法获得显著的加固效果。研究结果表明,阳极跟进技术能够降低电路中的阳极区电阻,有效提高电渗加固效果。