压实黄土土水特征曲线及孔隙结构分析

采用Ku非饱和导水率测量系统和扫描电镜照片,实测并分析压实黄土土水特征曲线特征,试验结果表明:黄土干密度与土水特征曲线具有密切相关性,并讨论了干密度影响土水特征曲线的微观机理。     

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。     

反复冻融循环对黄土孔隙比及渗透性的影响

在冻融循环过程中,周期性的冻结与融化持续改变着土体内部结构,使土的孔隙比与渗透性不可避免地发生相应的变化。以陕西杨凌地区Q3黄土为研究对象,在封闭系统下通过对不同初始条件的黄土进行多次反复冻融循环(最多冻融循环50次),研究了杨凌黄土孔隙比与渗透系数的变化规律。试验结果表明,封闭系统下反复冻融循环后土样孔隙比和渗透系数变化的情况与试样初始条件密切相关。试样初始含水率越高,冻融循环破坏作用越强,延续时间更长,试样需更长的循环周期达到动态稳定;冻融循环过程中,试样孔隙比与渗透系数随干密度的改变有不同的变化趋势;30次冻融循环后,试样的孔隙比与渗透性逐渐趋于稳定。     

堤防土方压实干密度的统计分析

该文联系实际，阐述了堤防土方压帝干密度几种统计分析及其施工中的应用。     

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。     

利用瞬态剖面法测定非饱和黄土的渗透性曲线

利用瞬态剖面法测定重塑黄土试样的非饱和渗透系数。试样取自陕西泾阳县泾河南岸黄土塬上部的马兰黄土。用0.5 mm的筛将风干碾碎的黄土样筛入一高2 m的圆形玻璃桶内,上部补给一定量的水,随后按一定时间间隔量测土柱内不同深度的含水率,再根据土的基本物理指标换算为体积含水率。同时配制与模型桶相同密度的土样,用张力计法测定其土-水特征曲线,即不同体积含水率土样的基质吸力。根据土-水特征曲线和模型桶内体积含水率剖面计算得到不同时刻土样的水头剖面,由此可进一步计算出水分在垂直方向的渗流速度和水力梯度,并得出不同体积含水率土样的渗透系数。通过回归分析,获得渗透系数与体积含水率、渗透系数与基质吸力的函数关系,该函数可用于黄土的非饱和渗流分析。     

不同干密度下土水特征曲线模型参数确定简化方法

为避免获得土水特征曲线模型参数的复杂测试过程,提出了一种确定模型参数的简化方法。通过使用Gardner,Van Genuchten,Fredlund & Xing 3种模型对土水特征曲线数据拟合,发现3种模型相关系数除干密度为1.50,1.60,1.71 g/cm³时Gardner模型的决定系数R²为0.940,0.949,0.953,其他相关系数均超过了0.96,拟合效果较好。对Gardner模型和Van Genuchten模型中各参数进行分析,发现它们与干密度之间有良好的相关性,干密度和各模型参数之间成线性、二次函数和幂函数关系,并据此提出了由干密度确定模型参数的简化方法,具有一定的实用性,期望能为工程提供参考。     

含水率和干密度对黄土边坡稳定性的影响

为探求含水率和干密度对黄土边坡稳定性的影响,通过室内抗剪试验获得黄土在不同含水率和干密度下的力学参数。结合力学参数,对均质黄土边坡的稳定性进行有限元模拟,得到不同含水率和干密度下黄土边坡的安全系数和滑动面随含水率和干密度的变化趋势。结果表明：黄土边坡的安全系数随含水率的增大呈幂函数形式下降,随干密度的增大呈线性函数形式上升;在黄土边坡中存在某一临界含水率,当边坡的含水率低于临界含水率时,边坡的安全系数受含水率影响较大;当边坡的含水率高于临界含水率时,边坡的安全系数受含水率影响较小;在数学角度上确定了含水率和干密度对黄土边坡的安全系数均有显著影响,但含水率对安全系数影响更大;含水率的增大促使滑动面向边坡表面发展,干密度的增大促使滑动面向边坡深处发展。研究结果可为黄土边坡治理提供一定的参考价值。     

压实水泥湿陷性黄土的力学特性

为拓展压实水泥土在黄土地基处理中的应用,以水泥掺量、粉煤灰掺量和含水量为因素,设计L9(34)正交试验方案,击实试验法成样,试验研究了压实水泥黄土28d和56d的力学特性,分析了各因素对水泥土的干密度、强度和弹性模量的作用规律、作用机理,弹性模量与强度的关系。结果表明:粉煤灰掺量对压实水泥黄土的干密度影响极显著,含水量的影响显著,水泥掺量的影响不显著。水泥黄土的最大干密度和最优含水量应考虑粉煤灰掺量的影响,可不考虑水泥掺量的影响。粉煤灰能显著提高压实水泥黄土的强度和弹性模量,尤其是后期强度。水泥掺量对压实水泥黄土两个龄期的强度和弹性模量影响均极显著,粉煤灰掺量的后期影响极显著,含水量的影响显著。     

粗颗粒填料压实动态干密度控制研究

黏土心墙砂砾(卵)石坝或面板堆石坝的砂卵石等填筑过程中现场检测结果经常出现相对密度大于1的不合理现象,施工控制中测定砂砾(卵)石的相对密度,成为控制施工质量、保证工程建设顺利进行的关键。通过分析现场砂砾(卵)石料试验结果,发现砂砾(卵)石料中大于5 mm粒径的粗粒含量与其最大、最小干密度存在曲线关系,利用试验结果绘制砂砾(卵)石中粒径大于5 mm的粗粒含量与干密度关系曲线,根据检测样品中粒径大于5 mm的粗粒含量,通过关系曲线确定样品的干密度,计算检测样品压实后的相对密度。研究表明,这一方法可以很好地解决填筑过程中现场填料检测得到的相对密度大于1的不合理现象。     

缩尺方法对粗粒料密度和渗透性影响的试验研究

依据规范推荐的粗粒料超径处理方法,对最大颗粒粒径为200 mm的宽级配料进行缩尺,控制最大颗粒粒径分别为60,20 mm,获取多条模拟级配,对原始级配、模拟级配粗粒料进行最大干密度试验和渗透试验,以研究不同缩尺方法、不同最大颗粒粒径条件下,粗粒料密度和渗透性的变化规律。结果表明:对于最大干密度试验,采用同种缩尺方法获取的最大干密度随最大颗粒粒径的减小而减小,表明粗颗粒的骨架作用显著。因缩尺后的P5含量使细颗粒处于较好的填充状态,可获得较高的最大干密度,其模拟级配试验值更接近原始级配,在此原则下相似级配法和混合法优于剔除法和等量替代法。对于渗透性试验,采用同种缩尺方法处理的最大颗粒粒径较小的试样,其渗透性也较小。细粒料土(尤其是粒径小于5 mm)的含量对渗透系数起到控制作用,缩尺处理应以尽量不改变较细粒料土的含量为原则。此原则下等量替代法最适用。     

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。     

增湿路径对非饱和土水气渗透系数的影响研究

对水气运动联合测定的方法，提出了3种渗水稳定时间判定方法及3种渗水驱动势的计算方法。对同一干密度的试样，进行不同增湿路径的渗透试验，分析了不同的渗水稳定时间判定方法、渗水驱动势计算方法对渗水系数的影响，得出考虑渗水驱动势随时间变化的变水头计算方法最为合理和稳定。进而以变水头计算方法为基础，分析了增湿路径对水气渗透系数测定值的影响。结果表明，增湿路径对渗水系数的影响总体不大，而在较高饱和度范围内对渗气系数的影响较大。     

水库淤积泥沙干容重分布规律及其计算方法的研究

泥沙干容重是反映泥沙重力特性的一个非常重要的物理指标，现有计算干容重的经验半经验公式存在着使用不便、适用范围窄等问题。本文通过对水库实测干容重资料的分析，阐明了水库泥沙干容重的分布规律，引入浑限空隙率的概念建立了初始干容重、稳定干容重及淤积过程干容重的计算公式，验证计算表明公式具有较高的精度和准确度。     

基于孔隙尺寸的粗粒土渗透系数计算方法研究

基于颗粒极限堆积状态下的平面孔隙直径和土体粒径组成,采用颗粒随机抽样组合获得了土体各孔隙直径百分含量,并进一步得到了土体最密实和最疏松状态下孔隙直径累计分布曲线CSD-D、CSD-L。通过土体实际相对密度的线性内插方式获得了土中孔隙直径累计分布曲线CSD-R,并得到相应平均孔隙直径Dmc,根据粗粒土渗透试验结果建立了渗透系数K与Dmc关系的经验公式。研究表明:CSD-R曲线同时考虑了颗粒级配和密实度对土中孔隙尺寸分布的影响,所确定的经验公式近似满足多孔介质渗流理论中渗透系数与渗流孔隙呈二次正相关性的规律。对比相关试验结果认为,该方法具有较高准确性,适用于不均匀系数Cu7且有效粒径d109.6 mm的粗粒土渗透系数估算。     

应用γ射线测量三轴试验土样干密度和含水量

在合理地选择γ射线放射源、测量仪器,以及确定γ射线净计数的基础上,介绍了应用γ射线双源双能法测定非饱和土三轴试样的干密度和含水量.测量干密度的误差为±0.02g/ cm2,含水量误差为1%.     

干湿循环作用下压实黄土三轴剪切特性试验研究

为研究干湿循环引起的压实黄土结构损伤对其应力-应变特征及三轴剪切强度的影响,对最优含水率条件下压实到干密度为1.7 g/cm³的黄土试样进行不同路径的干湿循环试验和三轴剪切试验。结果表明:干湿循环对压实黄土的三轴剪切特性影响显著,随着干湿循环次数的增加,压实黄土的应力-应变曲线先急剧下移,再逐渐上移,最后趋于稳定;干湿循环对压实黄土三轴剪切强度具有劣化作用,存在临界干湿循环次数n_c,当干湿循环次数小于临界干湿循环次数时强度指标急剧减小,等于临界干湿循环次数时强度指标最小,大于临界干湿循环次数时强度指标逐渐增大并趋于稳定;分段函数能够较好反映三轴剪切强度指标的劣化规律和劣化过程;受干湿循环幅度影响,压实黄土存在干湿循环最劣含水率w_w,可以根据压实完成后黄土的瞬时含水率是否接近或等于最劣含水率来评价干湿循环对三轴剪切强度的劣化程度。     

分段法确定无粘性超粒径粗粒土最大干密度

将无粘性超径粗粒土的级配分为两部分，即粗粒部分和细粒部分，并将粗粒部分按相似原理缩尺到试验仪器允许的范围，对两部分分别测定其最大干密度，然后按两者的不同含量，从粗颗粒料及细颗粒料的结构性质出发，提出相应的公式，以推求其原型级配的最大干密度。