碎石土级配特征对渗透系数的影响研究

采用神经网络研究碎石土级配对渗透系数的影响。收集92组碎石土渗透试验数据,训练并测试神经网络。采用该神经网络,分别利用全级配(d10~dmax,全部粒径)和若干级配特征预测碎石土渗透系数进行对比分析;然后,采用平均影响值法分析并给出各粒径对渗透系数的影响程度;最后,通过室内试验验证以上分析的可靠性。样本分析结果表明:由全级配可以较好地预测碎石土渗透系数,由某一或某几个级配特征预测碎石土渗透系数具有一定的不确定性,现有经验公式存在适用局限性;d10为关键粒径,不同于粗粒土中一般认为d20是关键粒径;渗透系数随dmax增大而减小,粗颗粒的骨架作用对控制渗透系数起重要作用;d50是分界粒径,增大d50及以下粒径时,渗透系数将增大,增大d50以上粒径时,渗透系数将减小。     

宽级配粗粒土的内部侵蚀试验及其稳定性判别

强降雨入渗条件下宽级配粗粒土中的细颗粒会由于孔隙流体的作用发生内部侵蚀。细颗粒的运移改变了土体的微观结构,土体的水力、力学性质随之变化。利用自行研发的刚性壁渗流侵蚀实验装置,对颗粒粒径介于0.002～10 mm的9种间断及连续颗粒级配粗粒土试样进行渗流侵蚀试验,提出一种新的基于试验的内部稳定性判别标准。实验结果表明:对于宽级配粗颗粒土,内部侵蚀改变了土体的渗透系数,最终导致渗透系数下降;粗颗粒的缺失导致内部稳定性降低,渗流作用下,连续颗粒级配土也可能是内部不稳定土;侵蚀土颗粒累计质量可以度量土体内部稳定性,在容许水力梯度范围内侵蚀量超过总质量5%的土体可划分为内部不稳定土;Kezdi几何标准更适用于评价宽级配粗粒土的内部稳定性。     

砂土粒径特征对渗透系数影响的试验研究

为通过合理调整砂土颗粒级配控制渗透性以减小地基渗透危害,文中针对黄河沿线砂土,基于控制变量法开展常水头渗透试验探讨砂土粒径特征对渗透特性的影响机理。结果表明渗透系数与分界粒径二次方和均值粒径二次方呈线性增长关系,与限制粒径和有效粒径之比呈对数衰减关系;渗透系数变化幅值受粒径大小影响,分界粒径影响最显著,均值粒径次之,限制粒径与有效粒径比值最小。     

堆石料的颗粒破碎规律研究

粗颗粒土剪切过程中的颗粒破碎现象已被广泛认识,并且在试验和理论方面进行了大量研究。利用大型三轴仪开展了一系列不同级配、不同密度、不同围压条件下堆石料的排水剪切试验,并对试验前后的试样分别进行了颗粒分析,以探讨堆石料的颗粒破碎规律及其影响因素。试验结果表明:密度对颗粒破碎影响较小,而级配和围压的影响较大,围压越高则颗粒破碎越严重。对比试验前后的粒径分布曲线发现,颗粒破碎主要集中在粒径20 mm以上的颗粒范围内,粒径变化幅度随粒径的减小呈减小趋势。基于分形理论,建立了颗粒破碎分形维数与围压和颗粒级配之间的关系表达式,为进一步研究堆石料的强度、变形及剪胀特性提供依据。     

间断级配粗粒土压实特性试验研究

岩土工程中常遇到级配不连续的粗粒土,这类间断级配粗粒土的压实特性尚不清楚。通过开展室内压实试验,探究了影响间断级配粗粒土压实特性的主要因素。试验发现,间断级配与连续级配料相比,缺少d_(30)以下的粒径不利于压实,缺少中间粒径反而可能有利于压实。其干密度随基准级配分形维数D的增加而增大,并且D=2.5～2.7时压实性最好;随细料含量的增加先增后减,而最优细料含量与粗、细料单独堆积密度以及粗细颗粒堆积过程中的相互干扰程度有关。据此建立了间断级配粗粒土压实干密度的预测模型,通过少量压实试验即可得获得干密度与细料含量的关系曲线,从而得到最优细料含量和满足干密度要求的细料含量区间,可以较大程度上减少试验工作量。     

间断级配粗粒土压实特性试验研究

岩土工程中常遇到级配不连续的粗粒土,这类间断级配粗粒土的压实特性尚不清楚。通过开展室内压实试验,探究了影响间断级配粗粒土压实特性的主要因素。试验发现,间断级配与连续级配料相比,缺少d₃₀以下的粒径不利于压实,缺少中间粒径反而可能有利于压实。其干密度随基准级配分形维数D的增加而增大,并且D=2.5~2.7时压实性最好;随细料含量的增加先增后减,而最优细料含量与粗、细料单独堆积密度以及粗细颗粒堆积过程中的相互干扰程度有关。据此建立了间断级配粗粒土压实干密度的预测模型,通过少量压实试验即可得获得干密度与细料含量的关系曲线,从而得到最优细料含量和满足干密度要求的细料含量区间,可以较大程度上减少试验工作量。     

几种尾矿的物理力学性质比较

通过对铜矿、铁矿、铅锌矿几种尾矿砂土的物理力学性质的对比分析,阐明了影响尾矿砂土物理力学性质的因素,对尾矿砂土的物理力学性质、固结特性、抗剪强度、渗透特性进行了分析对比.尾矿砂土的比重受矿物成分的控制,与尾矿砂土的颗粒大小等因素关系较小.尾矿砂土的干密度除受矿物成分影响外,还与尾矿放矿方式、沉积规律、颗粒级配密切相关.尾矿砂土一般均属于欠固结土,其固结特性主要受放矿方式、沉积规律、颗粒级配的影响.尾矿砂土具有不均一性和各向异性,其垂直向渗透系数变化大,同一类砂土水平向变化比垂直向变化要小得多.     

宽级配砾质土防渗性能研究

宽级配砾质土是一种性能良好的防渗料,然而土体的细粒含量、细粒物理特性、击实功以及颗粒级配等多种因素均对其渗透系数有很大的影响。针对以上因素对宽级配土的渗透系数影响因素展开试验研究。采用不同细粒含量、不同种类细粒部分以及不同级配的宽级配砾质土进行室内变水头渗透试验,探究这些因素对渗透系数的影响规律。试验结果表明:宽级配砾质土的渗透系数随着细粒含量的升高先迅速降低后趋于平稳;随着细粒料液限和塑性指数的增加,宽级配砾质土的渗透系数逐渐降低;以粉质黏土和黏土为细粒料的宽级配砾质土的渗透系数均随击实功的增加呈指数函数形式下降;粗粒料级配连续性越好,宽级配砾质土渗透系数越低。根据大坝心墙渗透系数小于1×10~(-5) cm/s的防渗要求,提出了以界限含水率和细粒料百分比为控制指标的宽级配土防渗料的控制标准。     

均质无黏性土发生流土破坏的试验研究

为了探究粒径大小对无黏性土发生流土破坏的影响,开展了3种级配土的一维土柱流土破坏试验。结果表明无黏性土的流土破坏过程可划分为2个阶段,第一阶段土体未发生侵蚀,第二阶段土体经历了“发生→发展→破坏”的破坏过程。土体发生流土破坏的难易程度、破坏的临界流速会随着颗粒粒径增大而增大,而改变颗粒粒径对流土破坏的临界水力梯度几乎无影响。     

砂土中部分级配的直剪强度指标变化规律

在实际的基础工程中,土的抗剪强度设计参数研究非常重要。为了解决实际工程中大粒径土很难测定剪切强度指标及抗剪强度这个问题,一般采用相似级配或部分级配砂土通过室内直接剪切试验、三轴压缩试验来分析砂土的剪切强度。该研究通过最大粒径40 mm原级配中截取最大粒径分别为2 mm,5 mm和10 mm的部分级配,直接剪切试验。经分析随着最大粒径的增大内摩擦角增大,但增大趋势越来越慢,颗粒之间的咬合力出现减小的趋势。在垂直应力整体较小时,剪切强度先增大再略有减小,垂直应力较大时,剪切强度一直增大。     

高细粒含量砂砾石料的渗透特性试验研究

开展了不良级配高细料含量覆盖层砂砾石料的渗透特性试验研究。结果表明：随相对密度和小于5 mm粒径颗粒含量的增加，渗透系数降低。渗透系数随相对密度的变化可用半对数公式描述，渗透系数随P<5含量的变化可用幂函数描述。通过归一化方法提出了渗透系数经验公式，可预测试验或文中建议范围内鄱阳湖覆盖层砂砾料的渗透系数。高细粒含量砂砾石料的渗透变形破坏方式主要为过渡型或流土型，随相对密度和P<5含量的提高，渗透变形破坏方式逐渐由过渡型趋向于流土型。     

微震对饱和细粒土体渗透系数影响试验研究

饱和细粒土体在微震作用下易于产生振动液化现象,严重影响建造在该土体上公路使用功能的正常发挥。为控制施工过程中饱和细粒土的微震液化发生,基于室内外试验研究微震对土体渗透系数的影响,研究表明渗透系数随着振动次数的增加呈现先减小后增大的趋势,土的粒径大小与级配和孔隙比对渗透系数的影响最大。研究结果可为饱和细粒土地区施工中控制微震液化提供一定的指导作用。     

基于Furnas方程和分形理论的级配优化方法及试验验证

为获得土体的最优密实度,需进行颗粒级配设计方法的优化。在Fractal理论和Furnas方程相结合的基础上,推导适用于描述连续级配土体的级配控制方程(F-F方程),提出一种易于确定的颗粒级配优化方法。通过开展室内固结试验探究级配优化试样与9组级配良好砂土试样的变形特征,确定所提级配优化方法的优势。利用颗粒流软件PFC建立可反映土样变形特性的数值模型,通过对比模拟结果与室内试验结果,验证所建模型的有效性,并在此基础上开展6组级配碎石单轴压缩数值试验。研究结果表明：F-F级配优化方程对砂土、碎石等不同粒径土料均具有广泛的适用性;与不均匀系数C_u、曲率系数C_c及分形级配方法相比,所提出的级配优化方法不含经验参数,对高效控制土体密实度具有明显的优越性和更宽广的适用性。     

改性钠羧甲基纤维素加固土冻融性能及损伤机制研究

以改性钠羧甲基纤维素加固土法在季冻区边坡水土流失的治理和应用推广为研究背景,基于室内试验,研究冻融循环次数和冻融低温温度对加固黄土和粉砂土体积、抗剪强度、渗透系数和耐久性的影响规律及加固土颗粒及结构在冻融循环过程中的变化。发现在反复冻融循环过程中,加固黄土和粉砂土的体积和渗透系数随循环次数增加而增大,抗剪强度和耐久性随冻融次数的增加而减小;加固黄土和粉砂土12次冻融循环后试样冻胀体积和抗剪强度随冻结温度降低而减小,渗透系数随温度降低而增大,耐久性随温度降低而减小,但减小幅度随温度降低越来越小;加固黄土作为相对细的土冻胀变形更显著,渗透系数变化更明显,而加固粉砂土作为相对粗的土颗粒间胶结作用更弱,黏聚力变化更显著,两者耐久性受冻融循环影响变化规律相似;M-CMC与颗粒间的包裹吸附胶结增强了土壤结构稳定性,使得黄土和粉砂土随水融次数增加试样含水率不断提高,试样体内液态水凝结成冰晶体时的冻胀作用增强,这是加固土团聚粒发生塑性变形甚至断裂变形的主要原因,导致加固土结构损伤劣化,改良性能受到影响;与此同时,由于M-CMC材料的延展性,使得材料与颗粒间胶结具有"弹性"减缓了冻胀损伤,提高加固土的冻融耐久性。     

反滤层滤网孔径对砂土颗粒概率渗流流失量影响的研究

对渗流过程中砂土渗流孔隙管道中的土颗粒进行受力分析,基于颗粒的概率过网准则,综合考虑反滤层滤网孔口的孔径和丝径、水力坡降、土颗粒级配、密实度、内摩擦角对土颗粒渗流流失量的影响,建立了砂土土颗粒概率渗流流失量的计算方程。在不同滤网孔径的条件下,对北京永定河所取得的砂土进行了径向渗透试验,收集了试验过程中土颗粒的流失量,并将试验结果与土颗粒概率渗流流失量方程的计算结果进行对比,表明两者较为吻合。可以得出滤网孔径与砂土径向渗透系数以及土颗粒流失总量呈正相关的结论;所建立的土颗粒概率渗流流失方程可以较好地计算出砂土土颗粒在滤网作为渗出边界条件下的渗流流失量。     

堆石料干密度缩尺效应与制样标准研究

针对已有相对密度试验成果仅限于室内试验的现状,采用某工程花岗岩堆石料,首次进行现场大尺寸密度桶试验,研究不同缩尺方法对干密度试验结果的影响,研究干密度缩尺效应对于室内缩尺试验的制样标准以及现场压实质量评价的影响。结果表明:(1)由于缩尺后级配的截尾误差、颗粒形状差异等因素,即使采用相似级配法缩尺,堆石料干密度也随着最大粒径的增大而增大,仍然存在一定的缩尺效应;但当最大粒径达到300mm以上时,这种缩尺效应显著减小;(2)最大粒径不同的各组级配堆石料干密度测量值均存在极大值,对应的临界分形维数与级配的最大粒径无关;(3)目前普遍使用的混合缩尺方法,降低了原级配堆石料的粒度分形维数,劣化了颗粒之间的充填关系,导致同一相对密度条件下的干密度比相似级配法的试验结果更明显偏离现场,难以合理反映原级配堆石料的物理力学性质;(4)采用与现场碾压堆石体相同的相对密度标准制样,比直接采用现场填筑干密度制样,其室内压缩试验得到的压缩模量降低90%～220%;不考虑干密度缩尺效应的室内试验结果,大大高估了现场碾压堆石体的力学性质;(5)采用室内试验结果直接计算现场原级配堆石体的相对密度,高估了堆石体的压实程度,甚至可能出现相对密度大于1的问题。     

颗粒级配与土水特征曲线的关系研究

本项研究利用GCTS土-水特征曲线仪对4组矿物成分相同颗粒级配不同的试样进行土水特征试验,分析单一变量颗粒级配对土-水特征曲线的影响。不同颗粒级配的土体,孔隙结构也不相同。随着粗颗粒含量逐渐减少、细颗粒含量逐渐增多,土体内孔隙减小,残余含水量以及含水量变化幅度逐渐减小,土水特征曲线趋于平缓,持水能力逐渐增强。     

基于级配方程的粗粒土渗透系数经验公式及其验证

粗粒土广泛应用于土石坝工程和道路工程,其渗流特性关系到工程的稳定性和安全性,渗透系数是衡量其渗流特性的基本参数,其中级配是影响渗流的关键影响因素。为研究级配对粗粒土渗透系数的影响,基于已有研究的渗透试验成果,采用连续级配方程对级配连粗粒土试验级配进行定量描述,研究级配与渗透系数的关系,建立了考虑级配曲线面积的渗透系数经验公式,并用现有其它文献的渗透试验成果验证所建立公式的适用性。结果表明,采用连续级配方程可以较好地定量描述级配连续粗粒土的级配曲线;基于级配面积建立的渗透系数经验公式适用于不同最大粒径及不同级配的粗粒土。     

银川平原粉细砂的压缩性

粉细砂在银川平原分布广泛,埋藏浅,土层深厚,是建筑物的主要持力层,考虑干密度和饱和度两个重要因素,设计正交试验方案,研究了银川平原粉细砂的压缩性,探索各因素的作用规律和作用机理。研究结果表明:银川平原地表下1～7 m范围内,砂土的压缩性较低,压缩系数a_(1-2)最大的不过0.2 MPa~(-1),为中低压缩性土。压缩性随干密度的增大呈非线性减小,压缩性的降幅亦随干密度的增大而减小。压缩性随饱和度的增加呈非线性增大,但压缩性的增幅随饱和度的增大而减小。对于a_(1-2),干密度的影响很显著,饱和度的影响显著,提高干密度是降低银川砂土压缩性非常有效的措施,而提高饱和度对提高银川砂土的压实性有较好效果。建立的压缩性关系模型,相关性好,显著性高,对银川平原砂土压缩性的预测具有实际意义。     

赣南某稀土矿体渗透性试验研究

以赣南某离子型稀土矿为研究对象,基于Van Genuchten模型,结合饱和渗透系数,利用土水特征曲线对不同干密度重塑矿的非饱和渗透系数进行预测。在此基础上,探讨了干密度对离子型稀土重塑矿渗透性的影响,结果发现:干密度对重塑矿样非饱和渗透系数变化曲线的位置和形态有很大影响,非饱和渗透系数随干密度的减小而增大,随基质吸力的增大而减小,干密度对低吸力段的非饱和渗透系数影响较大,对高吸力段的非饱和渗透系数影响较小,而基质吸力对非饱和渗透系数的整个变化过程都有重要影响。