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。     

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。     

干密度对Q2重塑黄土强度与变形特性的影响

为了研究干密度对Ｑ２重塑黄土强度与变形特性的影响，用非饱和土三轴仪做了３组共２７个试验，在试验过程中干密度、吸力及净围压为不变量，得到Ｑ２重塑黄土的强度及变形特性。试验结果表明:不同干密度下试样的偏应力－轴向应变曲线均呈应变硬化型；相同吸力下，试样的净围压越大，偏应力越大；相同净围压下，试样的吸力越大，偏应力越大。随着干密度增大，试样的偏应力显著增大，硬化趋势也逐渐增强；除个别试样外，其余各试样在剪切过程中均处于剪缩状态；在相同的吸力和净围压下，干密度增大，试样的破坏应力（ｐｆ、ｑｆ）、有效黏聚力ｃ、切线变形模量Ｅｉ、极限偏应力（σ１－σ３）ｕｌｔ及参数ｋ均在增大，参数ｎ随着干密度增大而减小。     

基质吸力对非饱和重塑黄土变形的影响及破坏准则

利用非饱和土三轴仪对宁夏固原地区重塑黄土开展了不同基质吸力和不同围压下的固结排水剪切试验,探讨了该黄土在不同围压、不同基质吸力下的变形规律,计算了不同含水率下的强度参数,得到了总黏聚力随吸力的变化曲线。研究表明：该重塑黄土的偏应力应变曲线整体呈硬化型,且强度和硬化程度与基质吸力和净围压关系较大;不同含水率条件下净围压50 kPa时该重塑黄土具有明显的剪胀特性,净围压300 kPa时具有明显的剪缩特性,且剪胀和剪缩程度与基质吸力有关;黏聚力与吸力均近似呈线性关系;摩擦角随吸力的变化不明显。此外,将试验数据拟合得到的强度参数随吸力的变化关系引入Lade-Duncan破坏准则中进行修正,得到π平面内不同吸力下重塑黄土的强度破坏面。验证表明,该修正破坏准则可以考虑吸力对非饱和黄土强度的影响。     

非饱和黄土宏细观含水状态与结构性的研究

土水特征曲线可以反映土中孔隙的空间分布与变化情况,利用土体的孔隙分布特征可以研究 非饱和土的持水特性和结构特性。首先通过室内压力膜仪试验,研究了非饱和黄土的土水特征曲线的 进气压力值、脱湿速率、孔径分布参数等指标与干密度、击实含水率的关系;然后基于孔径分布计算理论 和试验结果,给出了非饱和黄土的孔径分布曲线,用来评价土体内部孔径的分布情况,分析了非饱和黄 土干密度和击实含水率对土的宏细观含水状态和结构性的影响机理。结果表明:增大非饱和土的干密 度,可使孔径变小,孔隙结构分布范围变窄,土颗粒从架状结构向致密结构转换,基质吸力变化引起含水 率变化较小,持水特性提高,土体的脱湿速率变慢,进气值呈现增大趋势;而击实含水率位于最优含水率 湿测时,影响并不明显。     

初始干密度对脱湿红土含水吸力特性的影响

以昆明非饱和红土为研究对象，以脱湿作用作为控制条件，考虑初始干密度的影响，通过滤纸法试验，研究初始干密度对昆明脱湿红土含水吸力特性的影响。结果表明，各脱湿含水率下，脱湿红土的质量含水率、滤纸含水率随初始干密度的增大分别呈缓慢减小、波动减小的变化趋势；各初始干密度下，土-水特征曲线呈现出基质吸力与体积含水率的变化趋势相反的特征；初始干密度一定时，脱湿红土的基质吸力总体上随着体积含水率的增加呈现缓慢减小～快速减小的变化趋势，突变体积含水率为26.5%；体积含水率一定时，随着初始干密度的增大，脱湿红土的基质吸力呈波动升高的变化趋势；基质吸力一定时，脱湿红土的体积含水率随初始干密度的增大亦呈波动升高的变化趋势。初始干密度不同，脱湿过程中红土颗粒的持水能力不同。     

非饱和原状黄土平面应变试验研究

利用TS-526真三轴仪改造的平面应变仪,对不同含水率条件下原状非饱和黄土的变形和强度进行了试验研究。结果表明:在不同含水率下非饱和黄土的偏应力与轴向变形关系曲线均表现为硬化性或者强硬化性;在不同含水率下,非饱和黄土的偏应力与体积变形关系曲线存在明显拐点,在拐点之前土样表现为受剪压缩,拐点之后土样表现为受剪剪胀;土体的基质吸力随含水率的变化而变化,随着含水率的增大,基质吸力减小;非饱和黄土的抗剪强度参数随含水率的增大而减小;非饱和黄土的强度高于饱和黄土的强度。     

应力条件的变化对非饱和黄土吸力状态特性的影响

本文对均压加、卸荷、偏压加、卸荷等应力条件下不同起始密度－－湿度状态的非饱和黄土吸力状态特性发展规律进行了系统的三轴试验研究，对比了各因素的影响，提出了统一吸力状态方程的表达式。     

非饱和重塑黄土固结特性试验研究

以延安新区工程建设中填方区的重塑黄土为研究对象,以准确计算填方区黄土地基的沉降为主要目标,以工程实际中填方区黄土的岩土工程设计参数为参照,室内制取了 Q3重塑黄土固结样。开展了4组控制吸力的非饱和土固结试验,得到了非饱和重塑黄土的压缩曲线,分析了吸力对重塑黄土固结特性的影响。研究表明：初始状态相同的重塑黄土土样,压缩系数随吸力的增大而减小;非饱和重塑黄土试样的压缩指数除了受竖向压力影响外,也受吸力作用的影响,压缩指数随着吸力的增大而减小;在2 MPa 的竖向应力下,重塑黄土土样总的竖向应变较小,最大的竖向应变为0．7％。     

非饱和黄土的动剪模量与阻尼比

本文对陕西杨凌地区的非饱和黄土在不同湿度条件下进行动扭剪试验，测定了非饱和黄土的动剪切模量和阻尼比。结果表明，非饱和黄土的动剪切模量随动剪应变的增加而减小，但减小的幅度愈来愈小；在其它条件相同时，最大动剪切模量随含水率的减小而增大，随固结应力的增大而增大；非饱和黄土的动剪切模量与黄土的结构状态及密实状态有关。在相同含水率、固结应力比和固结应力条件下，原状黄土的最大动剪切模量比重塑黄土的稍大，重塑黄土最大动剪切模量随试样干密度的增大而增大；非饱和黄土的阻尼比受含水率、固结应力比、周围压力、干密度等因素的影响，可以反映在其与动剪应变的关系上，在半对数坐标系中动剪切模量与动剪应变具有较为良好的线性关系。     

非饱和路基粘土强度与变形特性的三轴试验研究

压实的路基填土一般处于非饱和状态。然而目前路基设计方法一般是基于经典的饱和土理论,没有反映出路基土的本质。为了模拟路基边坡的慢速失稳破坏,进行了不同围压下控制吸力的固结排水三轴试验,研究了非饱和路基粘土的强度与变形特性。结果表明:非饱和路基粘土的应力~应变曲线均有明显的峰值,变形模量和偏应力峰值均随吸力的增加而增大,峰值过后呈现出明显的应变软化现象;相同吸力下,围压越大,偏应力峰值越高;不同吸力下,随着吸力的增加,表观粘聚力逐渐增大,但是这种增大关系是非线性的,而有效内摩擦角有所减小,但变化不大;非饱和路基粘土试样在剪切过程中一般表现为剪缩。     

基于非饱和－饱和渗流的降雨入渗边坡稳定性分析

对于雨水入渗导致的土质边坡稳定性问题,基于土质边坡非饱和－饱和渗流和ＤＰ５本构模型,引入非饱和土的基质吸力分量、抗剪强度方程和渗流方程,进行了非饱和－饱和渗流场与应力场耦合的边坡稳定性数值分析。结果表明:降雨入渗后,在土体历经由非饱和状态向饱和状态转变的过程中,土体的重度增加导致附加应力增加,饱和度增大致使基质吸力减小,渗流与应力的耦合作用增大了边坡的不稳定性;边坡滑移破坏开始在饱和的表层区域出现,滑移破坏从浅层渐近向深层发展;塑性破坏在坡脚部分最先出现,由坡脚逐渐向坡顶延伸,最后塑性区域贯通并扩大,造成边坡失稳。研究结果可为工程实践提供有效实用的依据和方法。     

不同干密度压实黄土的非饱和渗透性曲线特征及其与孔隙分布的关系

压实黄土在水分入渗条件下容易产生湿陷、不均匀沉降等工程地质问题,因此有必要对其渗透特性进行研究。本文采用基于滤纸法的竖直土柱试验测试了3种不同干密度压实黄土全吸力范围的渗透性曲线。试验结果表明,压实黄土的渗透性曲线随着基质吸力减小分为缓升段、陡升段和饱和段三个阶段,且干密度越小的土三段特征越明显。压实黄土干密度的差异主要影响低吸力段渗透系数,干密度越大,渗透系数越小;基本不影响高吸力段渗透系数。由于渗透系数与孔隙分布密切相关,孔隙越多渗透性越强。因此本文用压汞试验测得了3种土样的孔隙分布曲线。试验表明不同干密度的压实黄土,微孔数量基本相同,对应吸力范围的渗透系数也相同;孔径为1.3μm 相似文献   

考虑应力引起孔隙比变化的土水特征曲线模型

土水特征曲线在非饱和土力学中扮演着非常重要的角色，它已在岩土工程和环境岩土工程得到广泛应用。利用GCTS土水特征曲线仪，测定了无压和一定固结压力下的非饱和黄土土水特征曲线，引入“水土体积比”对已有文献中Saskatchewan粉土、Indian Head冰碛土和黄土的土水特征曲线数据进行分析，结果发现水土体积比随基质吸力的变化在一定应力所致孔隙比（预先固结和固结所致）和基质吸力范围内可归结为一条曲线。基于此认识，对van Genuchten模型进行改进，提出了一种考虑应力引起孔隙比变化的土水特征曲线模型，并验证了该模型的正确性，为研究非饱和土的力-水耦合本构关系提供了一条新思路。     

基于动态多步流动法的非饱和土持水特性试验研究

土-水特征曲线是描述非饱和土基质吸力与饱和度之间的关系曲线。由于传统的测试方法耗时较长,在常规压力板仪测试系统上增加数据自动采集系统、气泡体积测量系统和储水冲刷系统。通过动态多步流动法试验对原状土和重塑土进行脱湿过程土－水特征曲线的测定,对比分析非饱和土的结构性对其土-水特征曲线的影响。结果表明:改进之后的压力板仪可以实时测定溢出水质量,精确测量气泡体积,节省试验时间;原状土与重塑土的饱和度均随基质吸力和加载时间的增大而减小;相比于原状土,重塑土的脱湿速率和最终溢水量较小,进气值较高,达到残余饱和度状态所需时间较短,其残余含水率也偏大。     

利用瞬态剖面法测定非饱和黄土的渗透性曲线

瞬态剖面法是量测非饱和土渗透系数的直接方法之一。本文以室内模型试验为基础，利用瞬态剖面法测量重塑黄土试样的非饱和渗透系数。试验以陕西泾阳泾河南岸的黄土塬南缘马兰黄土为对象，将重塑干黄土样筛入一圆形玻璃筒内，上部补给一定量的水，然后量测不同时刻土柱内不同深度的质量含水量，并换算为体积含水量；同时采用张力计法测定模型桶土样的土-水特征曲线，即不同含水量土样的基质吸力。计算得到不同时刻模型桶内土样的水头剖面，由此确定渗流速度和水力梯度，并得出不同体积含水量土样的渗透系数。对瞬态剖面法得到重塑黄土样的非饱和渗透系数进行回归分析，获得渗透系数与含水量，渗透系数与基质吸力的指数函数关系。     

考虑体积变化的非饱和膨胀土土水特征

为探讨吸力作用下膨胀土体变特征对土水特征的影响规律,开展了一系列完整的脱湿阶段试验,获得了5种不同初始孔隙比的荆门压实膨胀土各级吸力下的重力含水率与体积变化。试验结果表明：不同初始孔隙比下的重力含水率－吸力曲线有交叉与聚拢现象;体积含水率－吸力曲线的交叉现象更为显著;而饱和度－吸力曲线未出现交叉,相同吸力下初始孔隙比大的土样具有更低的饱和度,体现出土水特征与体变特征的耦合效应。基于试验成果,从土的基本体积－质量关系出发,以初始孔隙比与吸力为变量,在一个统一的框架内,构建了吸力作用下的体变方程、分别用重力含水率与饱和度表征的SWCC方程,方程能够描述任意初始孔隙比条件下膨胀土干缩过程中重力含水率、孔隙比与饱和度随吸力的变化规律。     

黄土抗剪强度特性分析

非饱和黄土强度问题是黄土地区工程建设问题研究的基础。以杨凌黄土为研究对象,对不同干密度和含水率黄土进行直接剪切试验,分析非饱和黄土抗剪强度的影响因素和变化特性,并对原状黄土和重塑黄土强度变化的规律进行比较。结果表明,含水率和干密度是影响黄土抗剪强度的重要因素;在快剪试验条件下,原状黄土应力与位移关系曲线有一转折点,曲线转折点前陡后缓,重塑黄土应力随着位移的逐渐增大而增大,曲线无峰值点。严格控制黄土含水率和干密度是保证工程基础稳定的前提。     

非饱和重塑高液限黏土的抗剪强度试验研究

非饱和土广泛分布且非饱和土强度问题日益凸显,而非饱和土力学有关强度理论尚未统一和成熟。非饱和土的抗剪强度是非饱和土土力学的重要组成部分,其强度指标是工程中重要的设计参数。利用TKA非饱和土直剪测试系统对非饱和重塑高液限黏土分别进行脱湿等吸力直剪试验以及吸湿等吸力直剪试验。试验研究表明,非饱和土的抗剪强度随吸力增大而呈非线性增长;提出了简单且适合工程应用的抗剪强度公式;对于同一吸力,土处在脱湿状态的抗剪强度大于其处在吸湿状态下的抗剪强度。     

砂层法处理湿陷性黄土地基初探

一般来讲，湿陷性黄土是一种非饱和土。由土的固相（土骨架颗粒）、气相（空气）和液相（水）所组成的多相体系，具有大孔性、欠压密性以及富含可溶盐与粉粒等特征，使它成为一种对水具有特殊敏感性的更加特殊的非饱和土。研究表明，黄土的湿陷性是随黄土湿度的增大而动态发展的。因此，湿陷性黄土的防水处理也是一种防止其产生湿陷的处理方法。有关试验证明，用预埋砂层阻水方法可以解决深厚黄土地基湿陷变形。湿陷性黄土层地基处理的砂层阻水方法砂层阻水方法就是在深厚湿陷性土层的一定深度上设置一个薄砂层，使其发挥阻水作用，并对砂层…