非饱和土的土水特征曲线研究

本文分析了影响土水特征曲线的几个重要因素 ,在此基础上进行了大量的对比试验。通过试验 ,对土水特征曲线有了进一步的认识 ,并为土水特征曲线在工程中合理应用提出一些建议。最后 ,给出了一个适合于击实土的土水特征曲线的拟合模型 ,该模型具有简单、实用的特点     

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...     

渗析法确定土水特征曲线的试验研究

土水特征曲线(SWCC)描述的是土体基质吸力与含水率之间的关系,它对于非饱和土的研究具有重要意义。在测定SWCC的各种方法中,渗析法的试验过程较简单、安全且可靠。本文以合肥地区非饱和膨胀土为研究对象,详细介绍了渗析法获得SWCC的试验过程和技术要领,并采用水浴恒温振荡器代替磁力搅拌器改进了渗析试验。结果表明:采用水浴恒温振荡器进行渗析试验是合理可行的,其优点是一次可以进行相同环境条件下多个浓度的渗析试验;使用水浴恒温振荡器对合肥地区膨胀土进行渗析试验时,其渗析平衡时间约为8天。在此基础上,采用Fredlund-Xing模型的3种型式对渗析试验结果进行了曲线拟合,得到了试验土体的SWCC及其拟合参数,可知模型3种型式的区别主要在高吸力部分。     

土水特征曲线滞后模型的研究

介绍了以热力学为基础的土水特征曲线的滞后模型,该模型通过引入内变量来考虑与滞后有关的各种效应。由于满足了热力学定律,使这种模型更具有一般性和适用性。利用边界面理论,可以得到扫描线与边界面之间的关系,从而可以利用边界面来确定出其中的扫描线的情况。在前人工作的基础上,提出了一个修正的简化模型,把不可恢复的含水率作为其中一个内变量。修正后的模型对原有模型的不足之处进行了改进,使得扫描线在刚开始靠近边界面时的斜率不会出现无穷大,同时保留了原有模型的优点,只有一个参数,便于实际应用。通过与实验结果进行比较,可以看到修正后的模型能更好地反映非饱和土性质和实际情况。     

膨胀土干湿循环裂隙演化及其土-水特征曲线研究

周期性的蒸发和降雨作用导致膨胀土裂隙发育,而裂隙对土体的水力及强度特性有很大影响.为研究膨胀土在干湿循环作用下的裂隙发展规律及其土水特征,采用CT扫描技术和图像处理程序定量分析裂隙的发育演化过程;利用压力板仪进行合肥膨胀土土水特征曲线的干湿循环效应试验.研究结果表明:基于CT图像可以得到试样内部裂隙的二维、三维结构及其...     

盐渍土土水特征曲线的研究

通过对以洛阳黄土加NaCl配成的盐渍土物理性质分析,利用压力板仪对不同含盐量、不同干密度、不同含水量的盐渍土在不同压力条件下的基质吸力和含水率关系进行试验研究,并根据试验结果,绘制盐渍土的土水特征曲线,进行比较,分析其变化规律,得出结论：（1）基质吸力随着含水率减小而增大;（2）土水特征曲线有交叉现象出现,即不同条件的试样基质吸力相同;（3）干密度对盐渍土基质吸力影响不大;（4）含盐量对盐渍土的基质吸力有一定的影响。     

非饱和土的土水特征曲线

土水特征曲线是解释非饱和土工程现象的一项基本的本构关系,土-水特征曲线特性的研究,有助于解决工程实践中非饱和土的试验研究既费时又费力的问题.上海地区的软土地层虽然常年地下水位较高,但对于地下工程施工过程中的降水作业区、地下水面以上的路基堤坝、以及沿江近海地段的因潮汐等引起的地下水位波动带等,非饱和土仍大量存在.在上海软土地区开展非饱和土的研究,同样具有重要的实际意义.本文在介绍非饱和土特征曲线的基本特征的基础上,对上海地区软土的土水特征进行了分析研究.     

动态土水特征曲线滞后模型研究

土水特征曲线是描述非饱和土力学特性必不可少的方程,它的最大特点就是存在滞后效应,尽管目前已经建立了很多的土水特征曲线滞后模型,但这些模型都是针对平衡条件建立的.现有的理论和试验研究已经证实,土水特征曲线存在动态效应,与静态土水特征曲线相比,相同的饱和度时,动态土水特征曲线的吸力在干燥过程中要更大,而湿化过程中则更低.为...     

动态土水特征曲线滞后模型研究

土水特征曲线是描述非饱和土力学特性必不可少的方程,它的最大特点就是存在滞后效应,尽管目前已经建立了很多的土水特征曲线滞后模型,但这些模型都是针对平衡条件建立的。现有的理论和试验研究已经证实,土水特征曲线存在动态效应,与静态土水特征曲线相比,相同的饱和度时,动态土水特征曲线的吸力在干燥过程中要更大,而湿化过程中则更低。为了描述动态条件下土水特征曲线,首先从热力学的基础理论出发,探讨了动态效应的理论基础,并从熵增不等式中得到了动态的土水特征曲线方程。基于所得方程,利用边界面塑性理论,建立了可以预测任意扫描线的土水特征曲线模型。通过与已有的试验结果进行对比,表明模型可以很好地预测土体在干燥和湿化不同过程中的扫描线变化。所得结果可以用于解释一些实际问题,比如降水引起的沉降和降雨诱发滑坡等。     

基于膨润土微观结构确定土水特征曲线的残余含水率

根据蒙脱石层间水化微观结构,建立了蒙脱石水化后的含水率计算公式,并认为蒙脱石发生第1层水化时的含水率即为残余含水率。用4种膨润土土水特征曲线试验数据,分析探讨了考虑不同初始干密度和同一初始干密度下不同温度环境等因素对膨润土土水特征曲线的残余含水率影响。研究结果表明,膨润土的残余含水率与膨润土的比表面积、水膜厚度以及水膜密度成正比,而与膨润土的初始干密度和温度无关。通过实测和计算残余含水率比较,验证了该公式的合理性。     

基于土壤物理特性扩展技术的土水特征曲线预测方法

土水特征曲线是模拟水和污染物在非饱和土中运移的重要水力特性参数。但是,土水特征曲线的直接量测方法比较困难。Arya和Paris提出了一种通过粒径分布曲线预测土水特征曲线的模型——AP模型。该模型引入一个转换系数α建立土体假想形态与真实形态之间的联系。但是,现有的推导系数α的方法一方面计算过程过于复杂,另一方面没有全面考虑土的物理特性。基于土壤物理特性扩展技术提出一种新的计算参数α的方法。为了验证新方法,从非饱和土水力特性数据库中选出不同类型的土壤样本,采用新方法分别计算出各类型土壤的参数α。然后,将计算出的参数α用于预测其他土样的土水特征曲线,从而验证新方法计算出的参数α的有效性。还将提出的新方法与其他利用AP模型预测土水特征曲线的代表性方法进行对比,结果显示该方法预测结果更加准确。     

非饱和土土水特性试验研究

在改进的非饱和土三轴仪上对洛阳地区非饱和土开展了三轴试验,并依此对非饱和土土水特性、试样重塑对基质吸力的影响进行了分析研究。研究表明:试件的基质吸力随围压的增大而非线性减小,基质吸力随饱和度的增大而连续减小,饱和度与基质吸力的关系是连续的。     

Determination of strain-dependent soil water retention characteristics from gradation curve

The importance of soil water retention characteristics in modelling the hydro-mechanical response of unsaturated soils has been well recognised by many investigators in recent years. Determination of strain-dependent soil water retention curve (SWRC) is likely to be extraordinarily difficult. The first two authors have recently shown that SWRC can be computed from the gradation curve and the calculation result is consistent with the experimental results obtained from pressure plate tests. In this paper, based on a hypothesis related to change in the pore size distribution (POSD) due to volumetric strain of soil skeleton, a method to compute strain-dependent SWRC is presented. It is found that at initial degrees of saturation higher than 0.8, the influence of volumetric strain may be marginal whilst at initial degrees of saturation lower than 0.8, its influence is likely to be substantial. In all cases, the gradation curve of the soil affects the SWRC.     

基于颗粒级配曲线预测非饱和土持水曲线的物理方法

持水曲线模型中若含有未知经验参数,则可能会降低对持水曲线预测的可靠度。为此,对土样颗粒级配曲线上划分的粒组分别构建形如立方体的天然土颗粒以及理想球体颗粒集合体,依据这两者的几何特征和物理性质推得其比例关系;基于粒组信息、干密度以及土粒密度提出了计算土孔隙半径和持水曲线的物理方法,无需引入未知经验参数。最后,利用非饱和土水力特性数据库UNSODA中40个土样的持水试验结果对该方法进行了验证,通过计算基质吸力预测值及其实测值之间的均方根残差(RMSR)发现物理方法的RMSR在0.179~0.833范围内变化,并对其中37个土样的持水曲线预测精度优于含有两个未知经验参数的传统Arya模型。     

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。     

考虑净正应力影响的膨胀土土–水特征曲线试验研究

工程建设中,具有胀缩性、裂隙性和超固结性等特殊性质的膨胀土多处于非饱和状态和复杂变化的外加应力环境下,对膨胀土进行考虑应力状态的土–水特征曲线(soil-water characteristic curve,SWCC)试验研究,定性描述和定量表征膨胀土在一定应力状态下的土水特征,具有工程实践意义。采用GEO-Experts高级型应力相关土–水特征曲线压力板仪(SDSWCC-H)测定了河南南阳膨胀土在4个不同净正应力下(0,40,99,199 kPa)的土–水特征曲线,并利用试验数据对提出的能明确考虑净正应力影响的膨胀土SWCC表征方程进行验证。结果表明:(1)由于土体的间断级配,南阳膨胀土呈现出双峰土–水特征曲线(bimodal soil-water characteristic curve);(2)净正应力会对膨胀土的持水能力与进气值产生影响,具体表现为在10~100 kPa基质吸力范围内,净正应力会显著影响膨胀土在脱湿过程中水分排出的速度;净正应力也改变了双峰SWCC第二个波峰的进气值;(3)已提出的SWCC模型曲线拟合精度较高,拟合结果良好,模型可以很好地表征南阳膨胀土在恒定净正应力下基质吸力与持水量的关系。     

城市生活垃圾持水曲线的试验研究

城市生活垃圾的持水曲线是垃圾填埋场水气运移分析的重要参数。本文介绍了采用Tempe仪和压力板仪测试杭州城市生活垃圾持水曲线的方法与结果;通过对比试验,研究了垃圾的组份和孔隙比对垃圾持水曲线的影响。通过对试验结果的分析,获得垃圾持水曲线的特征指标。结果表明:垃圾的进气值ψa接近0 kPa,残余体积含水量θr为25%～35%,对应的基质吸力ψr为10～40 kPa;垃圾田间持水量为31%～46.5%,对应的质量含水率w为52%～130%,与现场垃圾含水率的测试结果比较一致。     

考虑变形及滞回效应影响的三维土-水特征曲面模型

为研究变形和滞回效应对非饱和土水-力耦合特性的影响,以边界面理论为基础,建立一个同时考虑变形及滞回效应影响的三维非饱和土土-水特征曲面模型,所建立模型可完整地描述非饱和土的水-力耦合特性。提出的本构方程以吸力和孔隙比为自变量,以饱和度为因变量,建立三维土-水特征曲面模型,通过编程实现了本模型的预测功能。通过程序的预测结果与一系列不同应力和水力路径下的试验结果进行对比,在饱和度-吸力/孔隙比二维平面及饱和度-吸力-孔隙比三维空间中,均验证了所建立模型的适用性及预测精度。