排水过程三轴试样含水率分布演化规律研究

三轴试验过程中试样含水率分布实时测试对吸力平衡判断、剪切速率确定和湿化变形等研究具有重要意义。通过扩展范德堡电阻率测试理论（vdP）,提出了柱状土体含水率测试理论;在此基础上,研发一种厚度仅为0.1mm的柔性印刷电极及配套的范德堡法集成测试装置。通过设计围压与温度敏感性因素试验,验证装置兼容性和可靠性。最后开展了恒压状态下的三轴干湿循环试验,并对试验过程中试样分层电阻率进行监测。试验结果表明,本套试验装置需要至少120k Pa静围压预压,以保证电极与试样完全贴合;同时试验全程静围压不低于20k Pa以保持电极紧密贴合。温度对电阻率测试精度具有一定的影响,Campbell模型可以有效修正温度带来的测试误差。浸水过程中,试样电阻率从下至上依次降低;排水过程中,试样电阻率由顶到底逐渐降低;最后提出了脱湿过程的试样分层含水率计算方法并且分析了含水率分布演化规律。     

泥水盾构开挖面渗透带土体电阻率特性试验研究

泥浆渗透是泥水盾构开挖面成膜的关键过程,土体电阻率表征方法能够及时、有效反映泥浆渗透状态。采用二电极交流电法电阻率测试仪对泥浆 土体混合物的电阻率进行了测试,研究了孔隙水、CMC(羧甲基纤维素钠)、电极间距和泥浆浓度等因素对土体电阻率的影响。结果表明：土体电阻率随泥浆浓度增大而减小;海水和CMC的掺入将降低土体电阻率,但两者对膨润土颗粒的作用机理有所不同,海水的掺入导致膨润土颗粒发生絮凝和团聚,而CMC的掺入将使泥浆中离子的定向迁移能力增强;接触电阻亦对土体电阻率产生影响,为了获得可靠的土体电阻率测试值,应进行多次不同电极距离的测试。     

电极布置对电阻率精确性影响的试验研究与仿真分析

电阻率法在土壤测试的精确性方面存在较多不足,而电极是影响精度的重要原因,尤其是二极法测试。若能确定电极与土壤的接触程度,以及两电极间距离对测试结果的影响,将可最大化避免电极的干扰。基于二极法电阻率测试方法,选用锌污染标准砂作为模拟土壤,以测试交流电阻率为例,设置不同接触程度与不同电极间距两种工况,并结合COMSOL软件仿真分析,研究电极布置对电阻率测试的影响,并建立分析模型与误差计算式。研究结果表明：试验与模拟分析可相互验证和补充。接触程度越大,越有利于电阻率测试,随接触程度增大对测试电阻率的影响逐渐减弱;电极间距越大,对测试电阻率的影响越弱,细长型试样更有益于提高测试精度。导电模型分为正常段与受电极影响的过渡段串联,同时,径向电流密度可较好表征出各段的长度和极化情况。过渡段长度和极化随接触程度的增大而减小,与电极间距无关,通过电极布置模型可拟合不同电极间距的测试结果,得出正常电阻率。     

填土中锚固体–土接触面剪切特性研究

自行研发了一种锚固体–土接触面剪切装置,该装置能够充分考虑锚杆的实际形状特征和剪切方向,并具有能够保证剪切过程中接触面面积不变等特点,并为研究锚杆锚固体–土剪切特性提供一种新方法。利用该装置,共完成了35个不同条件下的锚固体–土剪切试验,深入研究了法向压力、土样压实度和土样含水率等因素对锚固体–土接触面剪切特性的影响。研究结果表明:压实度相同情况下,土体含水率w大小,对锚杆抗拔力取值具有重要的影响,越接近最优含水率,越有利于接触面剪应力的发挥;土体压实度对接触面剪应力的影响十分明显,压实度越大,接触面剪切参数越大,但始终小于土体的剪切参数。     

饱和砂土不同孔隙率的电阻率特性研究

为研究砂土物理性质随时间变化特性,开展了饱和砂土孔隙率变化的电阻率特性研究。研制了二电极交流电法电阻率测试设备,分析通电时间、接触电阻等影响因素验证设备的可靠性;开展孔隙水不同电阻率、砂土不同饱和度和孔隙率情况下砂土的电阻率特性研究,着重探讨了饱和砂土不同孔隙率的电阻率特性。结果表明:采用该设备测试土体电阻率时,通电历史的影响可以忽略,电极与土体间的接触电阻与土体的饱和度有关;饱和砂土电阻率与其孔隙率具有十分明显的幂函数关系;并通过极差和信噪比参数分析了砂土中孔隙水的电阻率、饱和度和孔隙率对砂土电阻率的影响程度。     

灌砂法现场测试土密度和压实度置换材料的选择

针对土木工程采用灌砂法测试现场土体密度和压实度问题展开研究,在分析大气湿度、现场湿度、开挖深度等因素对灌砂法标准砂密度影响的基础上,对灌砂法置换材料的选择进行分析,提出采用氧化锆球作为置换材料,为规范修订现场土体密度和压实度测试方法中置换材料的选择提供参考。     

降雨条件下压实黄土水分入渗规律模型试验研究

以西北地区黄土高填方工程为研究背景,在自行研发水分迁移特性测试设备的基础上,开展了重塑压实黄土在降雨入渗条件下的水分迁移特性室内模型试验,获得了不同压实度下黄土的"电阻率–饱和度"Archie模型和"饱和度–基质吸力"Fredlund-Xing模型及参数变化规律,建立了基于土电阻率的基质吸力幂指数预测公式;研究了不同压实度黄土在不同雨型条件下的入渗特征及其入渗速率、饱和度、电阻率等随时间和土层深度的变化规律。研究结果表明:(1)雨型不同,压实黄土的入渗特征各异,小雨下入渗线呈"Y"型(最大入渗深度Hmax=0.20~0.35 m),大雨下呈"D"型(Hmax=0.55~0.65 m),暴雨下呈倒"V"字型(Hmax0.8 m),入渗速率与雨量正相关,与土层深度和压实度反相关;(2)土体电阻率变化规律与饱和度变化过程相反,基质吸力预测值和实测电阻率变化方向一致;(3)采用土电阻率方法可以为深入探索黄土高填方的长期变形机制和稳定性预警或灾害防治提供一个新的途径。     

非饱和红黏土受压过程中的电阻率特性及其模型试验研究

文章从现有的三相介质导电模型出发，假定非饱和黏性土存在四种电流导电路径，理论推导得出非饱和黏性土的三维电阻率模型。基于改进的土体固结压缩电阻率测试装置，探讨了红黏土受压过程中的饱和度、孔隙率及电阻率特性的变化规律，结合红黏土的电阻率测试结果对理论模型进行验证，构建未受压、受压情况下的非饱和红黏土三维电阻率模型。结果表明：在连续分级荷载作用下，红黏土电阻率及其结构特性参数(结构因子F、形状因子■以及各向异性系数A)随着荷载的逐渐增大呈现出减小趋势，当荷载较大时电阻率变化不明显；在红黏土压缩过程中，伴随着孔隙率的减小，饱和度逐渐增大，且电阻率随着饱和度的增大而逐渐减小；采用三元相图分析了非饱和红黏土三维受压导电模型的可靠性，该模型能较好的揭示荷载作用下红黏土电阻率的演化过程。可为以红黏土为建筑材料的碾压工程压实度评价提供理论模型，有利于拓展高密度电阻率法在碾压工程质量检测、监测及其评价方面的应用研究。     

高铁路基粗颗粒土非饱和水力学及微观特性研究

高铁路基粗颗粒土的水力学特性对路基内部水分运移及路基的长期累积变形有重要影响。采用了一种新型TDR与大直径渗透柱装置研究了不同压实度下高铁路基粗颗粒土的水力学特性,推导了考虑双层孔隙结构的不同干密度下的土水特征曲线模型。同时,由于土体的水力学特性与其微观结构密切相关,将水力学测试结果与扫描电镜实验以及压汞试验结果进行了对比分析。实验结果表明,随着压实度的增加,低吸力下,细粒含量为15%的路基填料的体积含水率降低,在高吸力下,体积含水率趋于一致。土体的微观特性结果显示,细粒含量为15%的路基填料中表现出双层孔隙结构,随着压实度的增加,大孔隙结构逐渐被压缩,而小孔隙结构则难以被压缩。微观测试结果与水力学测试结果一致,解释了不同压实度下路基填料的水分运移规律。     

探地雷达测试土体含水率及压实度的可行性分析

研究了高填方土体含水率、压实度与介电常数的关系,依据探地雷达的基本原理,进行了探地雷达测试土体含水率及压实度的可行性分析,为高填方工程质量的评定和验收提供科学依据。     

土的电阻率原位测试技术研究

土的电阻率是土的基本物性参数之一,可反映土的工程力学性质,具有重要的理论意义和应用价值。原位测试是研究土的电阻率理论的主要方法之一。本文针对目前国内土的电阻率现场测试技术研究的空白,在介绍土的电阻率原位测试原理的基础上,总结了国、内外常用的土电阻率测试方法,并对各种方法的优、缺点进行了概括。文章最后通过购进的多功能原位测试系统（CPTU）中的电阻率探头（RCPT）对典型软土的电阻率测试,分析了电阻率指标在土体基本性质评价中的应用,论证了土的电阻率原位测试技术的可靠性。     

水泥固化铅污染土的电阻率特性与经验公式

为探讨电阻率法在水泥固化重金属污染土性能评价中的应用潜能,室内配制人工铅污染土,采用水泥固化后测试其电阻率和无侧限抗压强度,分析固化土电阻率的变化规律,建立固化铅污染土的电阻率公式,并探讨电阻率与无侧限抗压强度的相关关系。试验结果表明,固化土电阻率随铅含量增大而减小,随着水泥掺入量和养护龄期的增加而增大,随着孔隙率和饱和度的减小而增大。提出了一个能够综合反映铅含量、水泥掺入量和养护龄期等因素对固化土电阻率影响规律的表征参数(nt·Pb100ew)/(aw·T0.5),用该参数替换Archie电阻率公式中的孔隙率,得到了水泥固化重金属污染土的电阻率经验公式,将Archie电阻率公式扩展应用到固化重金属污染土领域。固化土电阻率与强度之间近似服从幂函数关系。电阻率法是一种有效的重金属污染土固化效果评价方法,且其具有快捷、无损等优势,可推广应用。     

隧道三维电阻率E-SCAN超前探测反演与优化方法研究

超前地质预报是隧道施工中必不可少的环节,将地面三维电阻率E-SCAN观测模式引入到隧道超前预报中,其中供电与采集电极都布置在隧道掌子面,可有效降低旁侧干扰因素的影响,提出了基于三维电阻率E-SCAN的隧道超前探测新型观测模式。建立了隧道三维电阻率E-SCAN超前探测地电模型,获得了敏感度矩阵分布特征:矩阵元素数值较小且相差悬殊;元素绝对值随深度衰减迅速;靠近供电与采集电极位置元素绝对值较高。为改善反演的深度定位问题,对敏感度矩阵中元素施加不同大小的增益因子,对原有敏感度矩阵中高值元素进行抑制,对低值元素进行增益,形成了基于敏感度增益因子的隧道三维电阻率E-SCAN超前探测反演优化方法,在理论上可以提高异常体的深度定位精度。开展数值算例与物理模型试验研究,结果表明在隧道三维电阻率E-SCAN超前探测中,相较于常规光滑约束反演,反演优化方法在异常体的深度定位精度方面具有明显优势。     

单轴压缩条件下砂岩破坏全过程电阻率与声发射响应特征及损伤演化

 为了全面、客观地描述单轴压缩条件下砂岩损伤破坏过程和状态,提出利用电阻率和声发射技术对砂岩岩样单轴压缩全过程进行联合测试的试验方法。针对30个砂岩岩样单轴压缩全过程中的电阻率和声发射响应特征进行试验研究。研究表明,电阻率和声发射的响应信息有很强的规律性和互补性：在压密阶段、弹性变形阶段和塑性变形阶段,电阻率信息对岩样内部裂隙萌生和发展活动的响应更为敏感,而声发射信号较微弱;岩样破裂瞬间,电阻率和声发射都突然升高,二者相比,声发射的同步性更好,敏感程度更高;岩样破坏完成后,电阻率仍有不同程度的变化,最终趋于稳定,而声发射又恢复到较低的水平。同时,推导基于电阻率表征的岩样损伤变量的解析表达,并根据其与声发射表征的损伤变量之间的互补性,定义一综合损伤变量,得到典型岩样的损伤演化方程,提出岩样损伤破坏状态的判别标准和破坏前兆特征。通过理论与实际试验全应力–应变曲线的对比发现,综合损伤变量能够更全面、客观地反映和描述受载岩样的损伤演化过程。     

基于电阻率CPTU的饱和砂土液化势评价研究

饱和砂土的液化是地基基础震害的主要原因之一,对饱和砂土的液化势进行有效的评估是非常重要的。由于获得无扰动试样的困难和成本限制,原位测试方法通常用于砂土液化势的评价。目前出现了许多基于静力触探的液化评估方法,然而还没有出现哪一种方法最可靠的结论,高风险项目中通常采用多种方法进行综合评估,而新的液化评估方法的研究是非常有意义的。以宿迁—新沂高速公路建设为工程背景,采用电阻率孔压静力触探（RCPTU）对饱和粉质砂土进行了土层电阻率测试。首先,分析了归一化锥尖阻力与电阻率的关系,对建立电阻率液化评估方法具有指导意义。其次,以Robertson修正方法给出的周期阻力比为参考值,研究了联合电阻率和土类指数的周期阻力比计算方法,并研究了薄黏土层和过渡层对本文所提出电阻率方法的影响。结果表明,采用电阻率和土类指数能够对饱和砂土的液化势进行有效评估,然而应用于薄黏土层和过渡层时会低估土的周期阻力比。     

基于高密度电阻率法的水分迁移模型试验研究

在土工模型试验中,常用的应用于水分及溶质迁移过程量测的传感器量测、图像分析及取样分析等方法并不能充分满足三维、无损、实时的量测需求。高密度电阻率成像法为土工模型试验中三维、无损、实时量测需求提供了新的解决思路。基于高密度电阻率成像法发展一套适用于常规物理模型及超重力离心环境中土体电阻率测试设备和分析方法,并通过开展模型试验验证其应用于水分迁移过程量测的适用性及有效性。常规物理模型试验(1g)表明,该设备及方法能够获得模型土体中电阻率的三维时空分布,入渗过程中电阻率与含水率的分布及变化合理反映电阻率与含水率定性关系;在低有效饱和度区间,电阻率法具有很高的灵敏度。离心模型试验结果表明,重力水平的变化可导致水分在模型土柱中的分布发生显著变化;实时量测技术及分析方法可为土工离心环境中渗流及溶质运移过程的分析提供更为准确的依据。高密度电阻率成像法可以成功应用于常规物理模型及超重力离心环境中水分迁移过程量测,并保证一定的精度和灵敏度。     

重塑膨胀土的电阻率特性测试研究

通过对重塑膨胀土的电阻率进行测试研究,提出了一种饱和/非饱和土的假想电阻率模型。研究表明:膨胀土的电阻率主要与土骨架、孔隙水的电阻率以及膨胀土的含水率、饱和土度和孔隙比等有关。研究提出了用土的水体积比表征膨胀土的电阻率特性,研究建立了电阻率–水体积比与吸力–水体积比(水分特征曲线)之间的关系,以探索研究电阻率的应用。     

基于电阻率法的膨胀土吸水膨胀过程中结构变化定量研究

针对非饱和黏性土结构定量研究中存在的困难以及现有的土的结构性研究方法所存在的不足,引入能同步反映土的微结构变化的电阻率方法,探讨土的电阻率方法在黏性土微结构定量研究中的应用。通过膨胀土击实样的无荷膨胀试验,同步测定土样的竖向电阻率与横向电阻率,计算出土的电阻率结构性参数指标,包括土的竖向与横向结构因子、平均结构因子、各向异性系数与平均形状因子的大小,通过研究土样吸水膨胀过程中的土的电阻率结构性参数指标的变化规律,建立描述膨胀土微结构变化的电阻率评价方法。试验结果表明,土的电阻率方法具有连续、快捷与测试方便等优点,其结构性参数指标可有效用于土的微结构变化定量研究。