考虑初始孔隙比影响的非饱和土相对渗透系数方程

基于饱和度随孔隙比变化的增量关系以及利用非饱和土土水特征曲线（SWCC）预测渗透系数的方法,建立了一种考虑初始孔隙比影响的非饱和土相对渗透系数间接预测方法。在非饱和土SWCC方程基础上,该方法只需增加一个参数,即可对某一种土在不同初始孔隙比条件下的相对渗透系数进行预测,通过与试验结果的对比,证实了所建立的预测模型的正确性。     

膨胀土渗透性室内试验与非饱和渗透系数预测

考虑大气作用的影响,用室内试验的方法模拟自然条件下膨胀土渗透特性的变化过程,并采用Fredlund和Xing法对非饱和膨胀土的渗透系数进行预测分析。研究结果表明,干湿循环作用导致膨胀土渗透性逐渐增强,揭示了膨胀土堑坡大气影响深度的演化规律,研究结果可为工程设计和数值计算的参数取值提供参考。     

非饱和土渗透系数的一种测量方法和预测公式

总结了非饱和土渗透系数的各种测量方法和预测模型。在此基础上,提出一种直接测量瞬态渗透系数的方法和预测模型。这一测量方法采用多步溢出法测量土水特征曲线,同时实时测量渗透流量和土样的含水率。在试验过程中,把气压强增量分为两个部分:一部分克服渗透阻力,驱赶水分运动,另一部分平衡静水平衡条件下的表面张力,转化为基质势,从而根据达西定律公式求出瞬态渗透系数。另一方面,利用孔隙水的平衡微分方程,引进雷诺层流理论来解释土体渗透产生的土骨架和孔隙水之间的相互作用力,推导出了非饱和土渗透系数的理论公式,该公式只有一个参数,可以通过讨论不同孔隙率、饱和渗透系数与土水作用力系数之间的关系拟合得到,从而预测出非饱和土渗透系数。通过与试验结果的对比,证实了所提出的测量方法和预测模型的正确性。     

一种能测量应力状态对非饱和土渗透系数影响的新型试验装置

研制了一种能测量应力状态对非饱和土渗透系数影响的新试验装置。对比试验结果表明,用新装置测得的试验结果与已有试验结果基本一致,说明用新装置得到的试验结果是可信的,能够达到预期的试验精度。     

合肥新桥国际机场原状非饱和膨胀土的土水特性研究

土水特性影响并控制着非饱和膨胀土的工程特性。基于扫描电子显微镜试验和GDS非饱和应力路径系统试验,对合肥新桥机场场地原状非饱和膨胀土在失水和吸水过程中土水特征曲线进行研究,并数值反演相应的土水特征曲线、相对渗透系数和土水扩散系数,研究得出工程区域原状膨胀土微结构易于形成微裂隙,吸湿土水特征曲线较失水过程的土水特征曲线存在明显的滞后性。数值分析结果表明,Fredlund模型与实测结果吻合较好,研究结果为新桥机场膨胀土地基处理方案的制定提供了一定依据。     

汉十高速公路弱膨胀土非饱和渗透性试验研究

借助自主研发的非饱和渗透仪,采用瞬时截面法,试验研究汉十高速公路路堑边坡的弱膨胀土的非饱和渗透系数,分析吸力(或含水量)等影响因素对膨胀土渗透性能的影响.结果表明,试样的非饱和渗透系数为4.5×10-10～ 3.0×10-9 m/s;且非饱和渗透系数与吸力之间并不是单一的增、减关系,进水初期阶段,渗透系数随吸力的减小而减小,但当吸力下降至一定值后,渗透系数随着吸力的减小而增大.     

基于土水特征曲线预测城市固体废弃物（MSW）非饱和渗透系数研究

基于对人工配制的城市固体废弃物（ MSW ）的土水特征试验,研究了不同有机含量、不同孔隙比下 MSW 的非饱和渗透系数,得到了 MSW 非饱和渗透系数随有机含量和孔隙比变化的定量关系式。研究结果表明在双对数坐标系下, MSW 的气相和液相非饱和渗透系数和吸力几乎为线性关系;对于相同的吸力作用,孔隙比越大,其液相和气相非饱和渗透系数也越大;总体上液相非饱和渗透系数的变化范围为 10 ^{- 11} ～ 10 ^{- 5} cm/s ,气相非饱和渗透系数的变化范围为 10 ^{- 5} ～ 10 ^{- 2} cm/s 。与有机含量的变化相比,孔隙比的变化对 MSW 非饱和渗透特性的影响较为明显。公式验证表明,利用该方法预测已知成分和孔隙比的 MSW 的非饱和渗透系数是可行的。     

非饱和土的渗透特性试验研究

由于非饱和土的复杂性和多变性，其渗透特性明显不同于饱和土，并且试验难度较大。利用特制的非饱和土三轴仪对黄河大堤非饱和土的渗透特性进行了试验研究，为非饱和土渗透系数的直接测定奠定了基础。根据试验结果，得出了黄河大堤非饱和土土体在不同含水量下的围压．渗透系数关系及其变化规律，以及不同围压条件下质量含水量．渗透系数关系及其变化规律，同时，对其关系曲线模型进行了拟合，得出了相应的拟合函数。     

膨胀性非饱和土的双尺度毛细-弹塑性变形耦合模型

从宏观和微观角度,在已有的膨胀性非饱和土的双尺度本构模型BExM和湿陷性非饱和土的毛细-弹塑性变形耦合模型的基础上,发展和建立了一个可预测膨胀性非饱和土的毛细滞回和力学行为耦合的双尺度本构模型.模型考虑了土体微观结构的体变及其对宏观结构行为的影响,以及毛细和力学行为之间的耦合作用.对已有的膨胀性非饱和土的常净应力下吸力循环试验进行预测,预测结果表明该模型能够定量地描述膨胀性非饱和土的毛细和力学行为.     

一维稳态流非饱和土渗透系数垂直分布模型及其线性简化

渗透系数是控制地下水流动的重要参数,对渗透系数的空间分布规律进行研究具有重要的意义。基于Gardner模型获取了一维稳态流非饱和土渗透系数沿垂直分布模型,该模型用指数函数描述,受饱和渗透系数和无量纲的深度与流动率等因素的控制;该模型表明一维稳态流条件下均质典型土类的渗透系数其沿垂直方向变化趋势主要受比流量与饱和渗流系数的负数值二者之间的相对大小影响。分别采用泰勒级数方法和以地下水位处及地表处的渗透系数作为控制条件方法对一维稳态流非饱和土渗透系数沿垂直分布模型进行线性近似简化。采用泰勒级数方法获取的简化模型其计算误差随无量纲的深度增大而增大。简化后的模型具有形式简单、参数少等特点。通过算例对比简化模型与原模型的差异,计算结果表明:采用以地下水位处及地表处的渗透系数作为控制条件的方法进行线性近似简化的模型计算误差比采用泰勒级数方法获得的线性近似简化模型的计算误差小。     

确定非饱和土渗透特性的一种新方法

用水–气运动联合测试仪对一定湿密状态下的黄土做了大量的试验,结果表明,一定含水量、不同干密度的土样浸水后,渗气系数随时间的变化趋势具有相似的规律,即具有在起初浸水后的短时间内减小,然后逐渐增大,最后趋于稳定的过程。另外,土的渗水和渗气系数随干密度的增大而降低,且干密度越大,降低的幅度也越大。在高饱和度时增湿路径对非饱和土的渗透系数影响不大,而在低饱和度时增湿路径对渗透系数影响较显著。     

非饱和土本构模型中应力变量选择研究

 应力变量是本构模型的基本要素之一,非饱和土本构模型中应力变量的选择目前仍有较大争议,各模型中应力变量的选择非常混乱,严重阻碍了理论研究的进一步发展。Bishop有效应力或其修正的应力形式,以及新提出的吸应力等,虽然可以较好地表示非饱和土强度,但不能模拟非饱和土浸湿后体积膨胀和坍塌现象。双应力变量目前应用较多,有考虑非饱和土中孔隙水对土体力学性质影响的骨架应力和毛细应力,有用得最多的净应力和吸力,或者两个应力变量一个是应力的函数,另一个是吸力(或饱和度)的函数等多种形式,可以较好地反映非饱和土的强度和变形特性,但目前双应力变量选择有很大的随意性,没有确凿的理论依据。重点指出建立本构模型时土体的应力变量不能随意选用,应满足Houlsby功率方程,同时还要注意与应力变量对应的应变变量的选择。旨在澄清目前的混淆概念,为非饱和土本构模型建立提出合理的应力变量。     

无粘性土中管涌的毛管模型及其应用

通过对骨架孔隙中细颗粒的受力分析。建立了描述无粘性土中管涌发生、发展的毛管模型。利用该模型。将细颗粒的流失量、土体渗透性和颗粒起动的水力条件三者联系起来。得到了可动颗粒起动的临界水头梯度公式和考虑细颗粒流失的渗透系数公式。通过管涌试验校验证实了有关公式的有效性。计算结果表明，管涌过程中的渗透性显著地受细颗粒流失的影响。而且当有细颗粒流失后。级配不连续的管涌型土比级配连续的管涌型土更易发展成管涌破坏。     

非饱和土体变曲线参数规律及确定方法探讨

为探讨非饱和土体变曲线参数的取值范围及确定方法,以非饱和土的Barcelona体变模型和Wheeler体变模型为基础,通过理论分析和公式推导,研究两个模型体变参数的不同取值规律和变化范围,并根据已有的试验数据,运用上述理论确定模型体变参数,为数值模拟中模型参数的假定和类比提供了依据。     

折减吸力在非饱和土土压力和膨胀量 计算中的应用

 根据变形等效原则介绍确定折减吸力的具体方法,采用折减吸力代替真实吸力进行非饱和土土压力系数和膨胀量的计算,计算不同水位条件下非饱和土的静止土压力、主动土压力、被动土压力以及不同水位条件下非饱和土的膨胀量和降雨条件下非饱和土的膨胀量。计算结果合理地反映了非饱和土土压力和膨胀量的分布趋势。将计算结果与离心模型试验和模型槽试验结果进行对比,两者具有很好的一致性。     

p-s平面上不同应力路径的非饱和土力学特性研究

 通过7个吸力和净平均应力同时变化的非饱和含黏砂土固结试验,研究7条不同应力路径的试验在p-s-v,p-s- ,p-s- 和p-s-w空间曲线形状随角度?(净平均应力和吸力夹角)的变化规律,分析引起变化的机制,指出净平均应力是决定体变的重要因素,吸力是决定水分变化的首要条件。并探讨p-s平面上7条应力路径屈服点连线轨迹的统一表达式,建立p-s平面上屈服点连线的统一抛物线表达式。最后运用该公式预测已有的试验数据,预测结果较为理想,说明该式预测p-s平面上不同应力路径各屈服点变化规律是较为可靠的。     

非饱和土统一强度理论及真三轴试验结果验证

 非饱和土的真三轴强度准则及三向应力状态预测是实现非饱和土理论工程应用的重要问题,依据非饱和土的双应力状态变量及吸附强度特性,构建适用于非饱和土的双剪单元体模型,继而建立分段线性的非饱和土统一强度理论,分析其特例、平面极限线和空间极限面的特性,并用已有的非饱和粉砂的刚性与柔性真三轴试验结果进行验证。研究结果表明：本文非饱和土统一强度理论的极限线覆盖了所有外凸区域,饱和土的统一强度理论以及非饱和土的Mohr-Coulomb强度准则均为其特例,而且还包括很多新的强度准则;非饱和粉砂的所有真三轴试验数据均落在非饱和土统一强度理论的极限线范围内,并与统一强度理论参数b = 1/2时的预测值吻合较好;外接圆Drucker-Prager准则不能反映非饱和土的真实强度特性,b = 1/2时非饱和土统一强度理论可线性逼近拓展的非线性SMP准则。     

应变敏感的裂隙及裂隙岩体水力传导特性研究

通过将岩体单裂隙视为非关联理想弹塑性体，导出单裂隙在压剪荷载作用下，其机械开度和水力传导度的解析模型，并采用已有相关试验研究成果对解析模型进行验证。在此基础上，通过将岩体概化为含一组或多组优势裂隙的等效连续介质，给出一种描述裂隙岩体在复杂加载条件下考虑非线性变形特征及滑动剪胀特性的等效非关联理想弹塑性本构模型。基于该模型，给出裂隙岩体在扰动条件下应变敏感的渗透张量的计算方法，该计算方法不仅考虑裂隙的法向压缩变形，而且反映材料非线性及峰后剪胀效应对裂隙岩体渗透特性的影响。该模型通过引入滑动剪胀角和非关联理想塑性，较为逼真地反映了真实裂隙及裂隙岩体峰后的剪胀特性、变形行为和水力传导度变化特征。通过数值算例，研究了裂隙岩体在力学加载及开挖条件下渗透特性的演化规律。     

饱和、非饱和岩石损伤统计本构模型探讨

基于统计理论和损伤力学对岩石在荷载作用下的破坏、损伤特征进行了探讨,建立了弹性损伤统计本构模型。在损伤演化方程中全部采用有效应力,并能反映岩石剩余强度。在混合物理论基础上,建立了饱和、非饱和岩石损伤软化统计本构模型。该模型能反映岩石在单轴抗压试验中初始加载阶段全应力-应变曲线稍向上凹曲的特征,以及在岩石受力过程中损伤和空隙(或孔隙)中流体对应力-应变关系所起的作用。与试验结果的比较显示模型是合理的。     

土的统一硬化模型

 土的统一硬化模型是基于剑桥模型,以变换应力方法和统一硬化参数为基本要素建立起来的弹塑性本构模型体系,它通过采用基于SMP准则、Lade准则或广义非线性强度理论的变换应力方法,实现了模型与强度准则的有机结合和模型的三维化。统一硬化参数的应用使模型可以描述土的剪缩、剪胀、硬化和软化、超固结性、各向异性、结构性、蠕变压缩和渐近状态等诸多特性。模型的参数较少、物理意义明确且可通过常规试验确定。它不仅发展和拓宽了剑桥模型的应用范围,而且也便于与现有工程软件结合,在工程中具有广阔的应用前景。