花岗岩残积土的土-水特征曲线参数概率

土-水特征曲线（SWCC）用于描述非饱和土中含水量与基质吸力的关系,在非饱和土力学中具有重要的作用。在SWCC拟合模型中有多个拟合参数,各值通过实验方法获得且具有很大的不确定性。采用贝叶斯理论对拟合参数的不确定性进行分析,将SWCC拟合参数作为随机变量,采用Van Genuchten模型拟合花岗岩残积土的土-水特征曲线试验数据。以马尔可夫链蒙特卡罗方法的延迟拒绝适应性算法获得模型参数后验分布抽样,获得了不同置信区间的SWCC及其对应参数值。     

考虑轴平移技术系统误差的边坡稳定性分析

为分析非饱和土边坡的稳定性,研究了渗透系数与基质吸力的关系,考虑了饱和度对渗透系数的影响,建立了非饱和土不同强度下的土-水特征曲线(soil water characteristic curve,SWCC).利用Abaqus有限元模拟软件分别模拟了轴平移技术实测的SWCC和应用修正计算方法修正的SWCC,分析了坡内孔隙水压力变化、坡体变形和坡内塑性区出现的区域.研究表明,直接应用轴平移技术测试的SWCC进行边坡稳定性分析时,得到的坡内土体变形、等效塑性区较实际情况偏小,土的真实强度将被放大,存在安全隐患;应用SWCC修正计算方法,更接近边坡内土体的实际情况,并能降低工程隐患.     

粉土最优土水特征曲线模型

基于压力板仪的轴平移技术,对粉土试样开展室内试验。测试多组特定吸力下试样的含水率,选用Van Genuchten模型、Gardner模型、Fredlund-Xing模型3种幂函数形式的土水特征曲线(SWCC)模型对试验数据进行拟合,得到各模型的拟合参数。3种函数模型的拟合方差依次为Van Genuchten模型>Fredlund-Xing模型>Gardner模型,即3种SWCC模型中Van Genuchten模型对试验用粉土的SWCC拟合精度最高,结果最优。     

基于轴平移技术测试方法的误差修正与评估

为完善轴平移技术在非饱和土应用中的局限性,根据轴平移测试技术误差的产生机理,提出修正轴平移测试技术在量测土-水特征曲线(soil water characteristic curve,SWCC)误差的计算方法.结合张力计的测试结果,采用误差评估理论评估该方法的准确性.研究表明,应用轴平移测试技术量测的土-水特征曲线中各基质吸力所对应的含水率减去填充水所占的含水率,可得到修正后的含水率,有效降低了轴平移技术测试SWCC的系统误差.该方法的修正效果随着基质吸力的增大而更加明显,适合修正高基质吸力时的土-水特征曲线.     

含水率对花岗岩残积土邓肯-张模型参数影响

制作了不同含水率花岗岩残积土击实试样,进行一系列固结排水三轴试验.得出在不同围压和不同含水率条件下,花岗岩残积土击实试样在三向应力作用下均呈现鼓胀破坏的变形特征,其固结排水应力-应变曲线均为加工硬化型,与邓肯-张模型的条件式基本吻合.通过邓肯-张模型参数的计算与分析,得知含水率对花岗岩残积土的邓肯-张模型参数整体上影响较大,其中粘聚力受影响最显著,无因次指数n和低围压时的初始变形模量受影响较显著,基本规律为:抗剪强度指标粘聚力、内摩擦角值,初始变形模量及无因次基数K均随着含水率的增大而减小;无因次指数、破坏比随含水率的增大而增大;各参数与含水率关系曲线均在最优含水率处出现拐点,且当含水率大于最优含水率时,其对各参数的影响不同程度地加大.     

含大尺寸块石岩土材料土水特征曲线的试验

利用压力板法对乐昌峡坝肩边坡岩土材料的土水特性进行了室内试验研究,测量并分析了含大尺寸块石的强风化岩层的土水特征曲线.首先,对于含大尺寸块石的强风化岩层,本试验依据颗粒级配配比原料,按照一定的干密度制备试样,测量了强风化重塑试样的土水特征曲线,比较了左、右岸强风化岩层的土水特性;其次,测量了全风化原状土和重塑土的土水特征曲线,对比分析了强风化岩层与全风化岩层的土水特性差异,总结了含大尺寸块石强风化材料土水特性的特点,并就试验合理性展开相关讨论;最后,拟合了各种材料的土水特征曲线,得到相关表征各材料土水特性的参数.试验研究表明:影响含大尺寸块石岩土材料土水特性的因素中,颗粒级配的影响明显强于矿物成分的影响;与全风化土质材料相比,含大尺寸块石强风化岩层试样含水量较低,残余含水率偏小,持水能力较弱,且相对于全风化岩层原状试样和重塑试样,强风化岩层重塑试样的土水特性更接近于全风化岩层重塑试样.该试验对含大尺寸块石岩土材料土水特性的试验研究进行了初步探索,试验结果对乐昌峡工程具有一定的指导意义.     

邯郸击实膨胀土的微结构与含水量关系研究

定性分析了邯郸击实膨胀土在不同含水量下的结构形式,发现邯郸击实膨胀土的微结构在含水量较低时,表现为集粒结构;在含水量较高时,定向性增强,趋于紊流结构。利用Matlab数字图形处理工具,结合像素的概念,通过编程计算不同含水量下土的颗粒分布分维,发现含水量较低时,分维值较大,颗粒集团化低;含水量较高时,分维值较小,颗粒集团化高。     

非饱和击实粉土强度特性的试验研究

为研究非饱和土样的强度特性及吸力对非饱和土强度的影响,采用GDS非饱和土三轴仪,对非饱和击实粉土样进行了控制吸力的三轴排水剪切试验.试验结果表明:对于同一土体,吸力对其有效黏聚力和有效内摩擦角影响较小,但对吸力内摩擦角有着显著影响;吸力对土体具有一定的强化作用,相同围压、相同应变土样的偏应力随吸力的增大而增加;吸力对土体应力-应变关系曲线的形式影响不大,曲线形式主要取决于土体自身的性质和其应力历史;吸力和吸附强度之间存在着良好的乘幂关系,据此可将Fredlund提出的抗剪强度公式改写成以吸力为直接变量的抗剪强度公式.     

含水量对原状残积土初始基质吸力影响的试验研究

以福建省降雨滑坡带的残积土为研究对象,制备原状三轴试样并控制5种不同含水量状态.利用GDS三轴试验系统测定试样的初始基质吸力,分别得出初始基质吸力随时间的变化曲线和初始基质吸力与含水量的关系曲线.试验结果表明:原状残积土的初始基质吸力在开始阶段随时间的增加逐渐上升至峰值,然后随着时间的进一步增加,曲线逐渐下降,最后趋于一个稳定值;原状残积土试样含水量越大,初始基质吸力越小.     

桂林雁山红粘土的土-水特征试验

采用压力板仪对重塑红粘土在不同干密度条件下进行脱湿试验,得到了相应的土-水特征曲线.采用常用的van Genuchten模型、Fredlund 4模型对实测的土-水特征曲线进行了拟合,其拟合结果较好.试验结果表明：干密度越大、进气值越高,试样在相同基质吸力下干密度大的试样含水量更高.将红粘土的土-水特征曲线与干密度非常接近的贵州地区玄武岩红土进行了对比,发现红粘土的持水能力要比其他类型的粘土更强.     

土水特征曲线参数的概率统计及敏感性分析

为了研究不同类型土体的土水特征曲线（SWCC）特性,以Fredlund-Xing模型的3种模式及vanGenuehten模型的3种模式为SWCC拟合模型,以MATLAB编程语言中的3种函数为拟合方法,以UNSODA数据库中的黏土、砂土、广西膨胀土及合肥膨胀土为研究对象,对大量的基质吸力一体积含水率数据进行了曲线拟合及参数统计,分析了拟合模型与拟合方法对模型参数的影响,得到了这4类土的SWCC参数概率分布特征;提出了考虑变量间相关性时对体积含水率进行参数敏感性分析的计算公式。拟合结果表明：拟合方法对SWCC参数有一定影响;在低吸力部分,各种拟合模型的SWCC基本一致;在高吸力部分,FX2与VG2、FX3与VG3的SWCC基本一致;体积含水率对参数a的敏感性很小,对参数n与m的敏感性较大。     

路基非饱和土抗剪强度的吸力效应

从宏观的吸力控制型直剪试验和微观的土体颗粒结构2方面入手,对路基非饱和土抗剪强度的吸力效应进行了研究。在不同吸力和不同法向应力条件下完成4组剪切试验,并选取2种不同含水量的同类型土样进行结构扫描。研究结果表明,与粘性土不同的是,当粉质砂土含水量逐渐降低时,土体基质吸力对土体抗剪强度的贡献效果并不是一直增加的,而是存在一个峰值。这种现象主要是由于土体微观结构以及所含水分的存在形式所造成的。另外,土体所处的应力环境也会对土体强度的吸力贡献情况造成影响。     

非饱和粉土回弹模量的应力依赖性与水敏感性耦合分析

为了研究路基内部应力状态和含水率变化对回弹模量的影响,建立了路基土回弹模量的预估模型。根据室内三轴重复加载试验结果,研究了应力依赖性控制指标的选择,结果表明:体应力变化时,回弹模量不具有单调变化的规律,所以不宜作为应力依赖性的控制指标;而利用围压和偏应力作为控制指标时则能全面的反映回弹模量的变化规律。根据土水特征曲线,利用基质吸力表征含水率的影响,构建应力依赖性和水敏感性的耦合模型,并通过试验结果的拟合验证,发现该模型能够较好地反映回弹模量随应力水平和含水率变化的规律。     

降雨条件下花岗岩残坡积土路堑边坡稳定性研究

基于多孔介质饱和—非饱和渗流理论和非饱和土抗剪强度理论,采用极限平衡法与降雨渗流有限元相结合的方法,选取大庆—广州高速公路江西里仁—龙南段某典型高路堑边坡,利用岩土仿真软件GeoStudio建立模型,研究降雨条件下花岗岩残坡积土路堑边坡失稳破环的形态和机理。结果表明:随着降雨的进行,边坡中地下水位从坡脚处开始抬升,边坡坡脚处容易产生“小弧”滑动破坏; 土体体积含水量的增加使得基质吸力下降,从而降低土体强度和边坡的安全系数,且基质吸力与安全系数的下降幅度基本同步; 降雨强度对边坡的安全系数有较大影响,小雨阶段,安全系数降幅较缓,而暴雨阶段,安全系数降幅加剧,降幅达24.4%; 在强降雨条件下,滑面基质吸力大部分丧失,失稳边坡发生了从整体失稳向局部失稳、从深层失稳向浅层失稳的转变,即强降雨是浅层滑坡的主要外在因素。     

Influence of moisture content on shearing strength of unsaturated undisturbed quaternary system middle pleistocene

The unsaturated undisturbed quaternary system middle pleistocene loess,a typical unsaturated soil,often occurs in the implementation of western development strategy.To obtain the shearing strength characteristics of this unsaturated undisturbed loess,based on the analysis of mineral composition,the triaxial shear test of undisturbed quaternary system middle pleistocene loess under different moisture contents is conducted with the specialized triaxial instrument for unsaturated soil.The test results show that the mainly mineral composition of undisturbed quaternary system middle pleistocene loess is quartz and albite.Under the same confining pressure,the matric suction increases with the decrease of moisture content.The smaller the moisture content,the larger the matric suction;the higher the moisture content,the lower the matric suction.Under the same moisture content,the matric suction increases with the confining pressure and reaches a maximum when the confining pressure is 100 kPa,and then decreases with the increase of confining pressure.This phenomenon is closely related to the grain contact tightness of soil mass under high confining pressure.According to the triaxial test of loess,the sample of loess experiences 4 stages from loading to failure:1) compaction stage;2) compression stage;3) microcrack developing stage;4) shear failure stage.The test sample is of brittle failure(weak softening)under low moisture content and confining pressure.With the decrease of matric suction and the increase of consolidated confining pressure,the stress-strain curve changes from softening type to ideal plastic type.In the shearing strength parameters of unsaturated undisturbed loess,the influence of moisture content on internal friction angle is small,but that on cohesive force is obvious.Therefore,the shearing strength of unsaturated undisturbed loess is higher than that of saturated undisturbed loess and varies with the moisture content.     

非饱和粘土路基平衡湿度空间分布特征及预估

通过室内外试验探讨了非饱和粘土路基平衡湿度沿道路横断面的空间分布特征,并基于非饱和土力学基本理论,采用滤纸法测定了不同含水量土样的基质吸力,标定了反映含水量与基质吸力单值函数关系的土水特征曲线模型,建立了大气降水/蒸发影响区以外非饱和粘土路基平衡湿度的预估方法.研究结果表明,近中央分隔带和路肩处的上部路基土的平衡湿度受大气降水/蒸发的影响显著;大气降水/蒸发影响区以外的路基土平衡湿度主要受控于地下水位的影响;Fredlund＆Xing模型可较好地表征非饱和粘性路基土湿度和基质吸力的相关关系,模型参数拟合结果具有较高的可靠性;地下水位控制区粘土路基平衡湿度预估结果与试验测试值之间具有较高的一致性,预估方法合理可靠.     

温度对非饱和路基土吸力影响的研究

季节性的温度变化和日温差变化,导致路基土吸力变化,所以研究温度对非饱和路基土吸力的影响意义较大。用连通侧管式张力计测得路基土在含水量不变化时不同温度下的基质吸力值,发现基质吸力值并非恒定,而是随着温度的升高,近似线性降低,随着温度的降低,其值线性升高。分析温度吸力影响的机理后,提出了温度对基质吸力影响的修正公式,使得基质吸力的测量更为精确。     

考虑非饱和黄土基质吸力影响的隧道病害分析

为深入分析非饱和黄土基质吸力变化与隧道病害之间的内在联系,结合大有山隧道的工程实例,利用非饱和黄土数学模型分析、等围压变吸力剪切试验、现场监测等手段对非饱和黄土基质吸力的变化规律及其对隧道支护力、塑性区的影响进行研究.结果表明:非饱和黄土基质吸力随着含水量的增加而减小时,隧道内部所需支护力则随之增大,塑性区半径也随之增大;由于受地表水下渗影响,大有山隧道周围土体基质吸力减小,导致其发生拱顶下沉、塌方及衬砌开裂等病害;大有山隧道病害治理的首要任务在于保持隧道排水系统的顺畅,并做好地表水的堵、截及隧道洞身的防水.     

降雨条件下坡积土边坡暂态饱和区形成机理及分布规律

降雨是引起坡积土边坡失稳的最常见外部因素之一。雨水的入渗在引起土体抗剪强度参数降低的同时,还将导致土体重度的增加、基质吸力的降低,最终造成边坡的失稳。开展雨水在边坡内部的渗流过程研究已成为分析边坡在降雨条件下稳定性的前提。基于有限元数值模拟方法,进行了雨水在土体中渗流过程的模拟,着眼于降雨条件下边坡暂态饱和区的形成、分布及消散特征,描述了该过程中边坡内部含水率、基质吸力、水力梯度的变化规律。结果表明：暂态饱和区形成的主要原因是土体中向湿润锋下方渗出的雨水量小于降雨入渗补给量,从而使得土体中的含水率累积升高;暂态饱和区的形成与降雨强度、降雨时间具有十分密切的关系,暂态饱和区形成时间、雨水入渗深度、土体表面体积含水率大小分别与降雨强度存在函数关系;清晰描述了暂态饱和区形成发展消散地下水位升高的全过程,从该过程看,边坡排水措施的设计值得思考。