游离氧化铁对红黏土持水特性的影响

分别以红黏土去铁前后的原状样为研究对象,采用压力板仪和饱和盐溶液蒸气平衡法测得全吸力范围内的土水特征曲线并同时量测体变;利用压汞试验测量不同吸力下的孔径分布,以探讨去铁前后红黏土的孔隙结构,并解释宏观持水特性。试验结果表明:低吸力范围(0～1MPa),去铁前原状样的持水曲线下降较为明显,而去铁后原状样的持水曲线较平缓,尤其是吸力–饱和度的关系,到1MPa时基本上仍为饱和状态,所以去铁后土样进气值增大;去铁后的原状样随着吸力的增大收缩明显,而原状样的收缩相对较缓,主要原因是游离氧化铁以包膜和桥的形式分布在颗粒表面,加强了颗粒之间的连接和包裹作用,使得土骨架抵抗变形的能力增强。高吸力范围(9～367MPa),去铁前后红黏土持水和收缩特性相差不大,此时游离氧化铁的作用不明显。去铁前后的红黏土原状样基本上存在单峰孔隙结构,主要原因是在自然经过无数次胀缩变形,相对较大的孔隙收缩,最终使孔径分布相对均匀;随着吸力的增加,这两种土样孔隙结构基本上不变。     

全吸力范围红黏土干湿循环土–水特征曲线

采用轴平移法、滤纸法以及饱和盐溶液蒸汽平衡法3种方法相结合,对单峰(泥浆土)和双峰(压实土)孔隙结构的重塑红黏土土样进行了一系列室内试验,研究了全吸力范围内(0～286.7 MPa)孔隙结构和初始孔隙比对土–水特征曲线(SWCC)的影响,分析了干湿循环下两种土的滞回性及体积变化规律。试验结果表明:不论泥浆土还是压实土,初始孔隙比对SWCC的影响均主要体现在低吸力阶段;孔隙结构对SWCC影响显著,压实土和泥浆土的SWCC分别呈现"双台阶"和"单台阶"特征;初始孔隙比相同时,泥浆土的进气值更大,持水性能更好;干湿循环下压实土的滞回性明显小于泥浆土,但泥浆土的体变更大。     

基于土体孔径分布的土水特征曲线预测

土水特征曲线(SWCC)是描述非饱和土的吸力与饱和度或含水率关系的一条重要曲线,是分析非饱和土的强度、变形及渗流的重要基础.室内直接或间接测量土体的吸力非常耗时.为了快速准确获取非饱和土体的SWCC,提出了基于土体的孔径分布(PSD)预测SWCC的改进方法.该方法采用压汞试验(MIP)测量土体的PSD,采用滤纸法测量土...     

干湿循环对硬黏土的土水特性影响规律研究

 为了客观评估高放核废物地质处置库开挖建设和封存初期围岩面临的非饱和岩土力学问题,针对一种高放核废料储存介质(硬黏土)开展不同干湿循环试验,研究该材料的土水特性变化规律。基于湿度控制吸力方法,研制黏土非饱和测量系统,利用该系统对硬黏土进行不同干湿循环试验,对比分析干湿循环次数和基质吸力变化梯度对硬黏土的土水特征曲线的影响。研究结果发现：干湿循环次数对这种硬黏土的土水特征曲线影响较大,基质吸力变化梯度影响则很小。同时,结合不同干湿循环条件下硬黏土核磁共振细观测试结果,分析出干湿循环和基质吸力对硬黏土的土水特性影响机制。通过分析不同干湿条件下硬黏土的含水分布特征,定量出该硬黏土干湿过程不同孔径内含水变化,揭示其不同孔径含水量等比例变化与水的吸附状态密切相关,为深入理解硬黏土干湿循环过程土水特征曲线变化规律提供试验依据,为高放核废物地质处置围岩水力特性评估奠定试验基础。     

基于孔隙分布的变形土土水特征曲线模型

土体孔隙分布对土水特征曲线具有决定性影响。虽然土体孔隙分布随变形的演化规律较为复杂,但实验研究表明,土体在变形过程中,孔隙分布的基本形态未发生显著变化、统计分布特征基本不变。基于这一结论,假定变形后的孔隙分布函数可以从参考状态孔隙分布函数经过平移、缩放得到。在此基础上,建立了考虑土体变形并反映滞回效应的土水特征曲线模型。由于变形对土水特征曲线的影响是通过孔隙分布随变形的改变来表征的,因此模型参数的物理意义明确,仅有7个参数,均可通过常规室内试验确定。最后,通过一系列试验数据验证了该模型的正确性与可靠性。     

不同制样方法非饱和土的持水特性研究

以一种黏土为研究对象,对其压实样和预固结样进行一系列的持水特性试验和压汞试验,研究了不同制样方法对持水特性和内部孔隙结构分布的影响及在不同各向等应力作用下的持水特性。结果表明:预固结样的内部孔隙分布为单峰孔隙结构,孔隙大小分布较为均匀;压实样则为双峰孔隙结构,但压实样在20 k Pa的竖向压力作用下浸水饱和后,其内部孔隙分布变为单峰孔隙结构。此外,在相同各向等应力条件下初始孔隙比相近的预固结样和压实样的持水特性试验结果表明,预固结样的进气值要比压实样的大,其原因是前者孔隙分布较均匀;其次,受各向等应力越大的预固结样其进气值越大。最后,利用压汞试验的结果对预固结样和压实样的脱湿段的持水曲线进行了推算,并与实测值进行了对比。     

非饱和重塑弱膨胀土孔隙结构与土–水特征曲线试验研究

为研究压实程度对非饱和重塑弱膨胀土孔隙结构的影响,探讨膨胀土孔隙结构改变对土–水特征曲线的影响。以新疆哈密地区重塑膨胀土为研究对象,采用压汞试验测定压实程度对土样的微观孔隙结构影响,并利用热力学关系模型对膨胀土分形维数进行研究;采用滤纸法试验测量不同初始干密度下重塑土样的土–水特征曲线,提出可考虑压实作用影响的膨胀土土–水特征曲线双参数拟合模型,最后,基于土体孔隙特征,借助毛细管原理计算并结合滤纸法试验数据修正其土–水特征曲线。研究结果表明：随压实程度的增加,新疆哈密地区非饱和弱膨胀土孔隙呈初始三峰状并逐渐趋于双峰状分布,其在微观上表现为大孔隙的压缩引起的大孔隙向小孔隙的转化,孔隙内壁的粗糙程度及孔隙结构的复杂程度提高;土体基质吸力随含水率的增加而降低,相同体积含水率下,土体初始干密度越大,基质吸力越大,双参数模型可较好反映土体初始干密度对膨胀土土–水特征曲线发展规律的影响;基于毛细管原理的土–水特征曲线计算值同滤纸法实测曲线有相同函数模型发展规律,且随试样初始干密度的增加两者呈逐渐“远离”趋势发展;土–水特征曲线修正模型可统一描述非饱和弱膨胀土基质吸力随孔隙结构、含水率及密度状态的发...     

考虑孔隙比和水力路径影响的非饱和土土水特性研究

以非膨胀性黏土为试验研究的对象,利用压力板法研究了初始孔隙比对不同水力路径下非饱和压实土土水特性的影响。试验结果表明,不同初始孔隙比土水特征曲线均存在明显的滞洄现象;当吸力大于某一值时,以含水率与吸力关系表示的话,不同初始孔隙比主脱湿土水曲线几乎重叠;以饱和度与吸力关系表示,初始孔隙比对土水特征曲线存在较大的影响。还提出归一化处理全吸力范围内不同初始孔隙比土水特征曲线的方法。最后,在归一化的处理方法基础上,提出了考虑初始孔隙比影响的非饱和土滞洄特性的模拟方法,并利用相关实测数据加以验证。     

不同固结压力下重塑土微孔隙特征变化的试验与分析

土体的微结构对土的工程力学特性具有关键性影响,采用压汞试验方法对重塑土轴向固结过程中不同固结压力水平下的土样进行了试验。试验结果表明:重塑土中介于1000～10000 nm范围的中孔隙所占比例最大,而微孔隙和超微孔隙所占比例均很小;固结压力改变重塑土的孔隙尺度及其分布特征,以致改变了土体的压缩性。     

双孔结构非饱和红黏土土水特征曲线模型

为了真实反映土体内部双孔结构和变形对土持水特性的共同影响,推导建立了考虑变形的双孔结构非饱和土土水特征曲线模型。模型提出以双孔土水特征曲线中的“相接点”作为“双孔”结构非饱和土大小孔隙尺度分界点,并针对不同区间的土水特征曲线分别建立方程。在各分段方程中引入体变参数用来反映不同初始孔隙比下SWCC的变形。采用桂林红黏土压实样,在全吸力范围内开展了土水特征曲线试验,在各级吸力平衡后对土样进行压汞试验,对所建立模型进行验证。结果表明,所建立考虑双孔结构非饱和土土水特征曲线模型对红黏土干化与湿化过程均具有良好的适用性和良好的预测效果,可以反映不同初始孔隙比和不同结构土样在相同水力路径下的水力行为。     

人工冻融软黏土微观孔隙变化及分形特性分析

为探讨软黏土融沉及压缩特性的微观机理,以宁波地区软黏土为研究对象,采用冻融、压缩和压汞试验,对冻融和压缩前后的软黏土微观孔隙分布及变化进行了研究。取原状土、融土、压缩原状土、压缩融土4种土样分别进行压汞试验,提出孔径划分方法,结合分形理论对冻融软黏土微观孔隙变化进行分析,研究了软黏土的孔隙分布特征,并采用容量维数对孔体积分布和孔表面积分布进行计算,分析了冻融及压缩前后颗粒接触及孔隙变化。研究结果表明:软黏土冻融后孔体积和孔表面积均增大;原状土和融土压缩后孔体积和孔表面积均减小,软黏土的孔体积和孔表面积80%以上分布于微孔和超微孔中;软黏土冻融及压缩前后孔体积和孔表面积存在分形特性。     

高温后上海软黏土的土-水特性及微观机理试验研究

土-水特征曲线(SWCC)是揭示非饱和土性状的主要本构关系,但对于100℃以上高温环境下软黏土的土-水特性研究很少。针对上海软黏土的常温(20℃)土样和105℃,150℃和200℃等高温加热4 h后的土样,采用气相法研究了高温作用后上海软黏土的土-水特征曲线随温度的变化,同时,通过扫描电镜(SEM)试验研究了高温后软黏土的土-水特性随温度变化的微观机理。试验结果表明100℃以上高温环境下上海软黏土的土-水特征曲线随温度升高呈逐渐下降趋势,说明随温度升高软黏土的持水能力下降,吸力降低,进气值减小。分析各温度下土样的SEM图像发现,土的总孔隙数量减少,但少量孔隙的孔径增大,从微观特征上说明了土-水特性随温度升高的变化趋势和变化机理。说明,孔隙数量和孔隙结构随温度升高发生的变化是导致软黏土的土-水特性随温度升高而变化的根本原因。     

地铁振动荷载作用下隧道周围饱和软黏土分形研究

以上海地铁2号线静安寺站-江苏路站区间隧道周围饱和软黏土为研究对象,在现场监测和室内GDS(多功能循环三轴试验系统)试验的基础上,利用压汞仪微观试验研究方法,对隧道周围饱和软黏土微结构进行定量研究。研究结果表明,孔隙分形维数在隧道不同深度处的变化规律可以用不同的循环应力比CSR来体现。随着深度的增加,循环应力比CSR也随之增大,分形维数随着循环应力比CSR的增加先是下降然后又逐渐上升。研究成果为软土地区饱和软黏土中地铁隧道轴线变形和隧道经过区域地面沉降作了有价值的探索,也为探讨地铁行车荷载作用下饱和软黏土的破坏机制、造成地铁隧道轴线变形与地面沉降研究提供一定的理论支持。     

膨润土对土体微观孔隙结构特征影响的试验研究

土体的微观孔隙结构特征 对其渗透性有着显著的影响,膨润土具有很强的防渗性能,在土中加入膨润土可改变其 孔隙尺度分布和结构特征 而降低土的渗透性。采用压汞仪法 (MIP) 试验研究了掺加不同比例的膨润土的细颗粒土的微观孔隙结构特征。试验结果表明：只要加入少量的膨润土便可使土体的大孔隙的数量急剧减少;随着膨润土的含量的增多,孔隙尺度分布逐渐发生变化,中孔隙的数量逐渐减少,小孔隙、微孔隙和超微孔隙的数量逐渐增多,孔隙分布密度函数由三峰态转变为双峰态,峰值所对应的孔隙直径减小。实验结果也证明了同一孔隙比的土样的孔隙特征的多样性,因此工程中采用的表达土的孔隙含量的宏观参数孔隙比并不能完整描述土体的孔隙特征,需要引入其他微观参数对土的孔隙特征进行描述。文中的研究对防渗工程设计与施工具有参考价值。     

非饱和黄土初始剪切模量与孔径分布试验研究

土的初始剪切模量G_0是地震、爆破响应中一个非常重要的土动力学参数,对预测地表沉降、土工建筑物周围土体变形等具有重要作用。黄土在中国及世界各地分布广泛,且现场常处于非饱和状态。对非饱和黄土的压实试样进行了吸力控制的共振柱试验以及压汞试验,研究非饱和黄土初始剪切模量G_0与孔径分布的关系。试验表明:干湿循环过程中,试样的G_0随吸力的增大而增大,再随吸力的减小而减小。主要原因是试样内孔隙密度最大的孔径大小随吸力的增大而减小,试样内大孔隙减少,小孔隙增多,导致毛细水所占比例增加,土颗粒接触更加紧密。同一吸力作用下,湿润段试样的小孔隙比例比干燥段大,故毛细水作用更显著,从而湿润段试样的G_0大于干燥段。     

填埋场内垃圾的持水特性和孔径分布研究

土-水特征曲线(SWCC)描述了含水率和基质吸力的关系,并在一定程度上反映了孔隙组成,然而生活垃圾具有大孔隙特性,采用常规的压力板仪试验难以准确获得大孔隙对应的低基质吸力范围内的数据点。通过压力板仪试验确定小孔隙对应的数据点,通过水分穿透试验,基于Poiseuille定律和Young-Laplace方程,对大孔隙对应的数据点进行补充,之后,基于Van Genuchten方程,提出具有双峰孔隙分布特征垃圾的SWCC模型,进一步分析得到垃圾的孔径分布规律。结果表明,改进的SWCC方程可更好反映垃圾持水特性及孔径特征;垃圾饱和含水率和残余含水率较高,浅层、中层、深层垃圾的田间持水率分别为38.5%,42.2%和45.8%,对应的基质吸力约为3~8 k Pa,随着埋深和龄期的增加,垃圾的有效含水率区间和给水度减小;以基质吸力1 k Pa对应的孔径为界限,垃圾中孔隙可分为大小两组,孔径概率密度呈双峰分布,随着埋深和龄期的增加,垃圾的大孔隙占比减小,大孔隙平均孔径减小,小孔隙占比增加,小孔隙平均孔径减小。