极细颗粒黏土渗透系数随电压变化的内在机制探讨

为了探讨外加强电场作用下极细颗粒黏土渗透系数变化的内在机制,采用改进ST55-2型渗透仪,在相同试验条件下,先进行孔隙液为蒸馏水的人工土试样和天然土试样在外加强电场下的渗透试验,然后进行不同浓度NaCl孔隙液条件下的人工土试样在外强电场下的渗透试验。结果表明:外加强电场对土体的渗流性质有重要影响,当孔隙液为蒸馏水时,无论人工土还是天然土,电压较小时,带电黏土颗粒双电层极化对渗流特性影响较大,表现为渗透系数减小,而在电压较大时,带电黏土颗粒双电层极化引起的在电极板阴极处微缝隙对渗流特性影响较大,表现为渗透系数增大;当孔隙液为NaCl溶液时,黏土颗粒双电层极化引起的渗流量减小量比微缝隙引起的渗流量增加量要大,渗透系数不会随外加电场增大而增大。研究结果可为研究电渗固结内在机制变化提供参考,有助于完善电渗固结理论。     

非饱和堆积土边坡降雨-渗流潜蚀耦合过程模拟

西部山区的松散堆积土是一种宽级配弱固结土,其内部细小颗粒易随降雨入渗在粗颗粒土骨架间孔隙发生迁移,改变土体水力特性,诱发堆积土边坡降雨失稳。为定量研究降雨作用下堆积体内在的渗流潜蚀耦合演进规律及其斜坡失稳机理,本文对降雨作用下非饱和堆积土边坡中坡体及孔隙尺寸的细颗粒迁移现象进行了分析概化,并基于多孔介质力学及混合物理论构建了描述非饱和堆积土中细颗粒侵蚀-运移-沉积全过程的渗流潜蚀模型。该模型被植入有限元程序,模拟了降雨作用下一维非饱和堆积土柱内部的渗流潜蚀耦合响应过程,并结合无限边坡模型定量分析了细颗粒迁移引发的土体渗透性、持水性及强度演化对非饱和堆积土边坡降雨入渗过程及稳定性的影响。通过数值模拟,本研究阐释了松散堆积土边坡中细颗粒迁移引发边坡局部土体渗透性变化,形成相对不透水层,诱发浅层坡体失稳现象的内在机理;并指出堆积土中细颗粒的侵蚀流失将减弱土体持水性及抗剪强度,加速边坡内的降雨-渗流潜蚀进程,加速边坡的浅层失稳。鉴于由降雨-渗流潜蚀过程引发的土体渗透性、持水性及强度演化均会对堆积土边坡稳定性造成不利影响,对松散堆积土边坡进行降雨稳定性分析时应充分考虑其内在的细颗粒迁移效应。     

非饱和堆积土边坡降雨–渗流潜蚀耦合过程模拟

西部山区的松散堆积土是一种宽级配弱固结土,其内部细小颗粒易随降雨入渗在粗颗粒土骨架间孔隙发生迁移,改变土体水力特性,诱发堆积土边坡降雨失稳。为定量研究降雨作用下堆积体内在的渗流潜蚀耦合演进规律及其斜坡失稳机理,对降雨作用下非饱和堆积土边坡中坡体及孔隙尺寸的细颗粒迁移现象进行了分析概化,并基于多孔介质力学及混合物理论构建了描述非饱和堆积土中细颗粒侵蚀—运移—沉积全过程的渗流潜蚀模型。该模型被植入有限元程序,模拟了降雨作用下1维非饱和堆积土柱内部的渗流潜蚀耦合响应过程,并结合无限边坡模型定量分析了细颗粒迁移引发的土体渗透性、持水性及强度演化对非饱和堆积土边坡降雨入渗过程及稳定性的影响。通过数值模拟,阐释了松散堆积土边坡中细颗粒迁移引发边坡局部土体渗透性变化,形成相对不透水层,诱发浅层坡体失稳现象的内在机理;并指出堆积土中细颗粒的侵蚀流失将减弱土体持水性及抗剪强度,加速边坡内的降雨–渗流潜蚀进程,加速边坡的浅层失稳。鉴于由降雨–渗流潜蚀过程引发的土体渗透性、持水性及强度演化均会对堆积土边坡稳定性造成不利影响,对松散堆积土边坡进行降雨稳定性分析时应充分考虑其内在的细颗粒迁移效应。     

重塑高岭土渗透各向异性影响因素

为了研究软土渗透各向异性,以重塑高岭土为研究对象,利用三轴渗流仪对重塑高岭土展开一系列渗流试验,研究电解质类型、浓度及固结压力对软黏土渗透各向异性的影响,并从微观角度解释其作用机理。研究发现：1）高岭土颗粒为扁平状结构,在一维固结下颗粒趋向于垂直于主应力方向排列,重塑高岭土竖向剖面孔隙面积大于水平向剖面孔隙面积,这2个因素共同导致渗透各向异性比（水平渗透系数与垂直渗透系数之比）大于1;2）渗透各向异性比随固结压力增大而减小,主要是因为竖向剖面大孔隙较多,压力作用下竖向剖面孔隙面积减小幅度大于水平剖面孔隙面积减小幅度;3）马来西亚高岭土在高纯水下为絮凝状结构,在盐溶液下为散凝状结构,在高纯水下土体竖向剖面大孔隙较多,而在盐溶液下竖向剖面孔隙和水平向剖面孔隙较为接近,导致在高纯水下测得的渗透各向异性比在盐溶液下的测量结果大;4）在本试验条件下,电解质类型、浓度对马来西亚高岭土渗透各向异性比的影响均较小。     

低掺量水泥固化土的力学特性及微观结构

针对某滩涂淤泥,开展不同淤泥初始水的质量分数、不同水泥掺量的固化土无侧限抗压强度试验、一维压缩试验以及扫描电镜试验,研究低掺量水泥固化土的力学特性与微观结构特征,探讨其与常规掺量固化土的差异. 结果表明：分界水泥掺量、最低水泥掺量与淤泥初始水的质量分数的线性关系明显;与常规掺量固化土相比,低掺量固化土的强度增长明显较慢,压缩性降低较少;固结屈服应力随水泥掺量增加而增大,在较低掺量区,固结屈服应力与水泥掺量具有非线性关系;低掺量固化土屈服前、后的孔隙形态特征以及孔隙排列特征差异较大,当固结压力小于固结屈服应力时,孔隙未呈现出明显的定向性且排列较为混乱,当固结压力大于固结屈服应力时,随着荷载的增加,孔隙形状变得圆滑,复杂程度降低,孔隙排列逐渐趋向于有序.     

流变对饱和黏土一维非达西渗流固结的影响

引入修正的孔隙比变化值和时间对数的线性关系式来描述正常固结饱和黏土固结过程中的流变现象,并采用Hanso渗流方程代替达西定律,推导了一维流变固结方程,然后引入有限体积法进行了数值计算,探讨了考虑流变效应时此类土固结的规律.计算结果表明,和非达西渗流影响类似,流变效应延缓了黏土层中孔压的整体消散速度;而且考虑流变效应时,出现了类似曼德尔效应的现象,即在固结的初期,在远离排水面的地方,超孔压有所升高.计算结果还表明,荷载大小也会影响到流变固结进程.     

饱和黏土非达西渗透特性试验研究

利用改造过的渗透固结仪,通过交叉,进行固结试验和渗透试验,对河南某地饱和黏土在不同固结压力下的渗透规律进行了研究.试验证明,该种饱和黏土中的渗流存在偏离Darcy定律的现象,并可用Hansbo的非线性分段模型来描述.试验结果表明,黏土渗透性与孔隙比呈非线性关系,黏土渗透性随固结压力增加呈现非线性减小.在此基础上分析了相关渗透参数与孔隙比之间的关系.     

冲击作用下饱和土性状的试验研究

在三轴条件下,对饱和土(砂土和黏土)进行排水与不排水条件下的冲击试验及冲击后再固结试验,对比研究了不同渗透性土在不同排水条件下的冲击动力响应和冲击后再固结性状。结果表明:饱和黏土不排水冲击时的孔隙水压力随冲击击数增加而升高并逐渐稳定,排水冲击时的孔隙水压力则是先达到峰值然后有所下降; 砂土不排水冲击时的冲击能量对孔隙水压力影响最明显; 饱和砂土不排水冲击时的轴向应变与冲击击数呈近似线性关系,饱和黏土冲击及饱和砂土排水冲击则呈近二次曲线关系; 饱和砂土不排水冲击后再固结阶段的孔隙水压力立即消散为0,同时体变迅速增大到一定值; 饱和黏土在冲击后再固结阶段的孔隙水压力在一定时间内逐渐消散完毕,同时体变逐渐增大; 饱和黏土排水冲击时,冲击阶段产生的体变占冲击引起总体变的39%～49%,冲击后再固结阶段产生的体变占51%～61%; 砂土和黏土的总体变均表现为排水冲击明显大于不排水冲击,改善冲击时的排水条件有利于提高加固效果。     

饱和海床土渗流－应力耦合损伤及液化破坏规律（Ⅰ）

基于重正化群理论在临界突变问题分析中的优势和岩土体的自相似特性,从海床土微观结构入手,引入三维颗粒堆积模型来描述孔隙渗流临界行为,找到了土体渗流与临界孔隙率的关系,给出了海床介质孔隙率与渗流发生的物理判别准则。在土体二元介质理论基础上,分析了饱和海床土宏观液化与微观强度的定量关系,构建了海床土体微单元破坏的重正化群模型,并对结构面断裂损伤临界概率进行了研究。研究结果表明：海床土液化是渗流－应力耦合场共同作用的结果,微单元体断裂损伤导致液化贯通带形成,进而引起海床土的宏观液化,液化贯通带的提出对研究海床土液化破坏规律有极其重要的意义。     

吹填珊瑚岛礁钙质软泥的渗透特性试验研究

钙质软泥作为吹填珊瑚地基土的一部分,其渗透特性对于岛礁工程的建设具有重要意义.基于GDSPERM全自动环境岩土渗透试验系统对南海某岛礁钙质软泥进行系列固结渗透联合试验,探究孔隙比、固结历史、固结压力、水力梯度和孔隙液离子浓度对钙质软泥渗透特性的影响,并对钙质软泥孔隙比与渗透系数之间的非线性关系进行拟合分析,得出钙质软泥...     

电场作用下水的粘性试验分析

电场作用下极性水分子和离子水化物将有序排列,由此导致水的粘度特性显著变化。文中通过室内试验,研究垂直于水流方向施加的电场对水的粘度特性的影响,在数字直流电源产生的强电场中进行常水头渗流试验,获得了水的粘度与电场强度关系的试验曲线,并观察在电场作用下,水的粘度与所含离子浓度、渗流速度等因素的关系,基于试验结果分析了电场改变水的粘度特性的作用机制。试验结果表明,外加电场对水的粘度有明显的影响,随着电场强度增加,水的粘度呈减小的趋势;在相同的电场强度下,水的粘度与离子浓度成正比关系,与渗流速度成反比关系。     

堆载–电渗联合作用下双层地基1维固结解析解

实际地基处理中,电渗与堆载预压常常联合使用。为了解决目前综合考虑堆载和电渗作用的成层地基固结解答理论的不足,假定土体中的渗透流速可由水力坡降引起的渗透流速与电势差引起渗透流速的进行叠加,建立考虑堆载和电渗联合作用的双层地基1维固结方程;利用特征函数法获得瞬时堆载和线性堆载下双层地基1维电渗固结解析解;通过与现有解析解和电渗固结试验结果对比,验证了本文解答的可靠性。基于该解答,详细讨论了土层参数及荷载参数对双层地基固结特性的影响。结果表明：当下层土的渗透性高于上层土的渗透性时,由于电渗作用导致地基中间土层在固结初期流入的水量大于流出的水量,造成超静孔隙水压力在固结初期上升及有效应力在固结初期下降的现象;降低下层土的压缩性能够提高双层地基的沉降速率和超静孔隙水压力消散速率;与单纯电渗固结相比,电渗联合堆载作用不仅能提高地基沉降速率,还能提高固结后的地基强度,更有利于减小工后沉降和加快地基处理速率。     

三轴剪切过程中软黏土的微观结构及分形特征

土的物质组成和内部结构是决定土物理力学性质的主要因素;当土性质变化时,土中孔隙大小和形状变化最直观.为研究三轴剪切过程中软黏土微观结构变化特征,利用扫描电子显微镜获取了软黏土在不同应变速率和不同应变阶段的三轴固结不排水剪切试验后土试样的SEM图像;计算得到了软土的等效孔径和孔隙（颗粒）分维值.研究表明,该软黏土具有团粒-絮凝结构.试验前后软黏土中的孔隙均以小孔径、中孔径为主,大孔径孔隙分布较少;大孔隙主要存在于原状土和剪切破坏后土样中.剪切过程中存在一个影响孔隙分布随应变速率变化的应变阈值.软黏土具明显分形特征,孔隙分维值为1.891~1.750,颗粒分维值为1.825~1.908;在剪切过程中,颗粒分布分维值增大,孔隙分布分维值减小,孔隙大小和形状变化最显著.     

堆载-电渗联合作用下双层地基一维固结解析解

实际地基处理中,电渗与堆载预压常常联合使用。然而目前综合考虑堆载和电渗作用的成层地基固结解答较为鲜见。针对现有理论的不足,基于Zhao提出的双层地基中水力渗透系数与电渗渗透系数的关系假定,建立考虑堆载和电渗联合作用的双层地基一维固结方程。利用特征函数法获得瞬时堆载和线性堆载下双层地基一维电渗固结解析解。通过与现有解析解和电渗固结试验结果对比,验证了本文解答的可靠性。基于该解答,详细讨论了土层参数及荷载参数对双层地基固结特性的影响。结果表明：当下层土的渗透性高于上层土的渗透性时,由于电渗作用导致地基中间土层在固结初期流入的水量大于流出的水量,造成超静孔隙水压力在固结初期上升及有效应力在固结初期下降的现象;降低下层土的压缩性能够提高双层地基的沉降速率和超静孔隙水压力消散速率;与单纯电渗固结相比,电渗联合堆载作用不仅能提高地基沉降速率,还能提高固结后的地基强度,更有利于减小工后沉降和加快地基处理速率。     

大庆火山岩孔隙结构及气水渗流特征

利用CT成像、恒速压汞、核磁共振、铸体薄片等实验技术,对大庆火山岩岩石的孔隙结构和气水渗流特征进行了分类研究.研究表明:大庆火山岩孔隙结构复杂,喉道细小,孔隙易被喉道控制,喉道大小决定储层的渗透性,储集空间可以分为孔隙型、裂缝型、致密型三种类型,不同孔隙类型岩样的储集空间、气水渗流特征明显.大庆火山岩残余水饱和度较高,气水渗流显著特征是裂缝型岩样两相渗流区间小,但在高含水饱和度下,气相仍具备一定的渗流能力,表明裂缝具有较好的导流能力,孔隙型岩样两相渗流区间较大,在残余水饱和度下,气相相对渗透率较高,储渗物性较好;随含水饱和度的增加,两种类型的岩样气相相对渗透率下降均比较快.     

水平塑料排水带固结流态吹填土可行性研究

提出水平塑料排水带分层固结法加速流态吹填土的固结.基于Biot固结有限元理论,分析塑料排水带间距、吹填土和围堰土的渗透性对固结效果的影响.研究表明,吹填土的渗透性是影响沉降、孔隙水压力消散的主要因素,塑料排水带的间距和围堰土的渗透性为次要因素.工程实践表明,该方法固结时间短,施工方便,投资少,是一种有效处理流态吹填土固结问题的新方法.     

土水特征曲线为直线的非饱和土一维固结计算

基于Bishop有效应力原理,将土水特征曲线与固结方程相结合,提出土水特征曲线为简单直线型的非饱和土一维固结的计算方法.假定土体固结分为2个阶段:第一阶段为不排水、不排气阶段,土体的变形只是因为气体压缩所引起的;第二阶段为排水、排气阶段,土体的变形是因为孔隙水和孔隙气的排出而引起的.在此过程的基础上,建立并求解非饱和土一维固结方程,分析影响非饱和土一维固结的因素.影响非饱和土一维固结速率的最重要因素是孔隙流体的渗流路径.在相同边界条件下,非饱和土固结过程与饱和土固结过程中孔隙流体压力沿深度的分布随时间的变化规律相同.     

考虑颗粒迁移的陷落柱流固耦合动力学模型研究

为了揭示流固耦合作用下的煤矿底板陷落柱突水机理,基于破碎岩体渗流理论、固液两相流、地下水动力学等理论,建立了考虑颗粒迁移的陷落柱流固耦合动力学模型.采用理论分析、数值模拟和工程实践相结合的方法对颗粒迁移作用下陷落柱的渗透特性进行了研究,得到了陷落柱孔隙率、渗流速度、孔隙水压力、流体中颗粒体积分数、涌水量等参数随时间变化规律.结果表明:随着时间增加,陷落柱充填颗粒在流固耦合作用下不断被侵蚀成悬浮颗粒并迁移流失,流体中颗粒体积浓度剧增后骤减;陷落柱的整体渗透性起初增加较慢,随着颗粒的不断迁移流失,孔隙率、渗流速度、涌水量快速增大后趋于稳定.     

非饱和橡胶粉土土水特征曲线及颗粒接触状态

将废旧轮胎与土混合作为建筑材料应用于土木工程领域是处理废旧轮胎最有前景的措施之一。为了研究废旧轮胎橡胶颗粒改良粉土的效果,以橡胶颗粒与粉土的混合土为研究对象,采用滤纸法测定橡胶粉土的土水特征曲线,分析含水率、橡胶含量对土水特征曲线的影响。结果表明：同一橡胶含量下,混合土的基质吸力随含水率增大非线性减少,呈现出典型的3阶段特征;在同一含水率下,基质吸力随橡胶颗粒含量呈先增大后减少的趋势,当橡胶含量为20%时,混合土的基质吸力最大;基于Van Genuchten模型建立混合土的土水特征曲线模式;基于颗粒接触理论,考虑颗粒比重不同,建立混合土的接触状态模式,构建骨架孔隙比描述混合土的非饱和特性,混合土的基质吸力随着骨架孔隙比的增加呈先增加后减小的趋势。     

含砂低液限粉土路基压实标准的探讨

通过含砂低液限粉土物理性能、标准击实和固结压缩的室内试验研究 ,分析了其压实特性 ,得出了结论 :该类土的击实曲线离饱和曲线较远 ,说明土的孔隙中空气体积较大 ,土并未达到真正的密实 ,按现行的压实度指标控制压实 ,标准偏低 ;黄河冲积形成的低液限粉土 ,其粉粒含量高 ,粒径比较均匀 ,粘土颗粒含量极少 ,塑性指数低 ,砂粒和粉粒之间的空隙没有更多的细小粘粒来填充 ,这是造成粉土难以压实的内在原因 ;压实度K =90 %时 ,孔隙比e>0 .7,土处于疏松状态 ,说明该压实度区存在较大的压缩性 ,应取消 90 %压实度区 ;提出了以空气体积率作为该类土的压实控制标准 ,并对其合理性进行了论述