考虑渗气渗水函数的非饱和土固结性状研究

大坝蓄水所引起的水环境变化会诱发其周边建筑物地基产生显著的沉降变形,要合理预测其沉降过程,则需研究非饱和土地基的固结性状。为此,基于混合物理论,在非饱和土的水、气两相渗流-变形耦合方程组中,采用离散线性化的方法引入了渗气渗水函数和持水曲线方程,给出了考虑渗气渗水系数比值变化的一维固结微分方程组,进而采用积分变换方法求得非饱和土层孔隙水、气压力消散及其沉降变形的解析解。最后,选取水、气相互连通的非饱和土层典型算例,通过与已有文献所述未考虑渗气渗水系数比值变化的解析解、有限差分解的计算结果对比发现:本文解析解因考虑了水、气渗流相互作用对非饱和土固结过程的影响,故其计算的孔隙水、气压力消散曲线与沉降变形曲线较已有文献解析解更接近于有限差分解的计算曲线。     

真空负压对土体结构中水分运动影响试验探讨

本文通过模型试验,讨论了真空负压对土体结构中水分运动影响及快速排出水分的条件。针对本试验,把Darcy定律应用于非饱和带内水的运动,对非饱和渗流规律进行了初步讨论。     

一般粘性土抗渗强度影响因素的研究

本文通过试验研究探讨了土料性质,土体干容重、饱和度、渗流出口的淹没情况,制样时的含水量、土与反滤层的结合条件以及反滤料的粒径大小等因素对一般粘性土抗渗强度的影响。结果表明,上述诸因素均有明显的影响。其中主要因素是土的干容重和反滤层的粒径大小。抗渗强度与干容重呈双曲线函数关系。防渗体与反滤层平起平上的施工方法是较好的方法,可保证防渗体具有较高的抗渗强度。只要遵守现有的设计和施工原则,粘性土肯定具有较高的抗渗强度。按正常条件进行试验所得扰渗强度,用于工程时采用6.5—12.5的折减系数将具有足够的可靠性。粘性土第一层反滤的设计应考虑一定的土的凝聚性。     

影响非饱和土渠床入渗能力主导因素的试验研究

基于非饱和土壤有压入渗试验,研究了影响非饱和土壤水分有压积水入渗能力的主要因素。试验结果表明,有压积水入渗条件下,土壤入渗能力不仅受土壤基本物理特性(土壤质地、干容重和土壤含水量等)的影响,还受积水入渗水头的影响;在影响非饱和土渠床入渗能力的各因素中,干容重的影响最为明显,土壤质地的影响次之,积水入渗水头最弱。研究成果可为非饱和土渠床渗漏损失水量的数值计算模型提供参考。     

湿度和密度双变化条件下的非饱和黄土渗透函数

准确确定非饱和土的渗透系数非常重要,而湿度和密度均会对非饱和土的渗透系数产生较为复杂的影响,因此对于对水敏感的非饱和黄土,如何将湿度和密度的影响综合引入渗透函数中,就值得深入研究。基于此认识,利用非饱和土水气运动联合测试方法,对1.4~1.67g/cm3之间几种干密度的非饱和黄土试样进行不同增湿级数的浸水渗透试验,结果表明试样在一定干密度范围内,增湿级数对其渗水系数测定值的影响较小,最大测定值与最小测定值的差值在2倍左右。在此基础上,将不同干密度下渗透系数比与饱和度的关系曲线进行分析,提出了考虑湿度和密度的渗透函数,并通过试验验证了该函数在一定条件下的合理性。     

基于分形理论的非饱和土多相流相对渗透系数模型

相对渗透系数是描述非饱和土水力特性的重要参数之一,然而在传统非饱和土相对渗透系数研究中着重研究了湿润相的渗流特性,而非湿润相的渗流特性研究较少。为研究非饱和土壤多相流运移特征,将土壤孔隙简化为一簇服从分形定律的迂曲毛细管,通过建立液相与气相在多孔介质中的输运特征模型,结合Young-Laplace方程与Buckingham-Darcy定律得到了非饱和土的液相与气相的相对渗透系数模型。该模型仅包含2个参数,其物理意义明确且均可通过试验测得。最后通过8组试验数据对提出的模型进行验证,结果表明提出的模型可较好地描述非饱和土多相渗流特征,验证了其合理性与适用性。     

建筑材料吸水过程中毛细管系数与吸水率关系的理论分析

非饱和建筑材料的毛细吸水过程是造成建筑材料性能劣化的重要因素,它还将引起钢筋锈蚀。本文基于Darcy非饱和流体理论建立了建筑材料的吸水扩散模型,并推导出了非线性扩散方程的近似解析解。根据水分扩散系数与含水量的关系,建立了毛细管系数与吸水率之间的理论关系表达式,据此可通过累计吸水量试验预测水分渗透深度。与文献中试验结果的比较说明,本文提出的理论方法是可行的。     

降雨入渗下非饱和土边坡临界稳定性分析

运用分形模型预测非饱和土的土水特征曲线与导水系数曲线,结合孔隙气体流动分析,模拟降雨入渗条件下的一维非饱和渗透过程。根据非饱和土抗剪强度的分形模型,导出降雨入渗下非饱和土边坡临界深度公式,并分析了影响边坡稳定性的因素。非饱和土的分维与进气值影响土体的水理性质。分维影响降雨的入渗速度与入渗深度,而进气值影响降雨入渗下土体吸力的变化曲线形态。非饱和土的饱和导水系数与降雨强度对边坡稳定性影响较大,在降雨强度远大于非饱和土的饱和导水系数时,孔隙气体在降雨入渗过程中将产生气压,对吸力产生影响。     

非饱和土孔隙压力系数研究

由于非饱和土性状主要受三个状态变量(σif—外加应力、u_w—孔隙水压力、u_w—孔隙气压力)及其历史的控制,因此,孔隙水、气压力的理沦和实验就成了研究非饱和土强度和变形特性的前提,也是验证土骨架应力应变模型的有效手段之一。本文基于吸力方程和笔者提出的广义非线性应力应变模型,根据质量守恒原理,导出了恒温不排气、不排水条件下求解孔隙压力系数的一般迭代算式。通过计算分析与试验验证表明:(1)本文的方法可以用于定量地揭示复杂应力条件下非饱和土孔隙压力的生成规律,并能实现由非饱和逐渐向饱和状态的平衡过渡,(2)非饱和土孔隙压力系数的影响因素很多,不仅与土骨架的压缩性、剪胀性、土体初始状态有关,而且还与外加压力及土体现时状态有关;(3)文中所给的四种广义非线性应力应变模型中,只有E-u-K模型能较好地模拟非饱和土孔隙压力的生成,而其它模型所预测的结果不是偏大就是偏小。     

裂隙对压实膨胀土渗气性影响试验

为了研究裂隙膨胀土渗气规律,采用自行设计加工的气体渗透测试装置,对人工制备裂隙膨胀土试样进行渗气试验。结果表明:压实膨胀土中气体渗透符合达西定律;试样完全切开且未夹纸条时,试样中仍然存在贯通裂隙,此时气体渗透系数相比压实膨胀土试样中的渗透系数提高了1倍;土中裂隙的存在为气体运移提供便利通道,改变气体原有运移路径,形成"优势流"现象;对比达西理论和非达西理论分析结果,土体中出现贯通人工裂隙时,采用非达西理论分析更合适。     

非饱和土的水-气形态及其与力学性质的关系

本文根据土中的孔隙水-气形态,把非饱和土归纳为三种基本系统——水封闭、双开敞和气封闭系统。通过试验,证明了这三种基本水-气形态的存在,并给出了相邻两系统之间的临界饱和度约值。非饱和土的水-气形态的改变对其力学性质有着重大影响,并通过试验论证了两者之间的关系。     

粉煤灰的基质吸力及非饱和特性研究

目前粉煤灰非饱和特性的工程描述多参考与其粒经类似的粉土,但两者由于颗粒级配和颗粒微观结构的不同,其工程非饱和特性方面的差异必然是存在的,目前尚没有见到这方面的研究成果。本文针对粉煤灰在非饱和特性研究方面的不足,首先采用Fredlund土水特征曲线测量仪试验研究了不同干密度、不同含水率等条件下粉煤灰土水特征曲线特征与基质吸力变化规律,探讨了粉煤灰脱湿过程与吸湿过程的非饱和性质差异。在此基础上,通过数值计算方法,分析探讨了粉煤灰非饱和特性对工程渗流、变形、稳定等计算分析成果的影响及程度。研究结果为:(1)在进行非饱和渗流计算时,采用粉煤灰的实测土水特征曲线才能较好的保证计算结果的可靠性,采用计算程序库中相应土的土水特征曲线来替代粉煤灰对结果将产生较大影响;(2)在进行稳定计算和应力应变分析时,用相应粉土来替代粉煤灰的土水特征曲线对计算结果整体影响不大,认为采用计算程序库中相应土的土水特征曲线来替代粉煤灰是可行的。     

砂层在黄土中的减渗作用及其计算

本文根据非饱和土壤水的达西定律,对砂层在黄土中的减渗作用及在整个过程中使入渗率由非线性衰减阶段转为线性稳渗阶段的机理做了分析论述。在此基础上提出了不同砂层质地(中值粒径d50)与埋深条件下稳渗率,D的计算方法,建立了砂层质地的中值粒径d50及埋深Z与吸力值Sm的关系。根据水量平衡原理,得到了入渗过程中由非线性衰减阶段开始进入稳渗阶段的时间t1。经试验资料验证,以上计算式不仅计算精度较好,且具有一定的实用性,特别是在缺少土、砂水分运动参数的情况下,仅需积水入渗试验资料即可通过计算取得所需结果。     

降雨入渗条件下非饱和黄土边坡稳定的可靠度分析

根据雨水入渗在土坡内引起的土壤容重和土体的强度变化,得到体积含水量与强度指标的拟合公式,对非饱和黄土边坡的稳定进行了可靠度分析,求得了土坡的失效概率,对工程的安全可靠性做出了评价。计算表明,降雨入渗条件下非饱和黄土边坡失稳的概率远大于不考虑降雨时的正常情况,因此,非饱和黄土的边坡稳定性应充分考虑降雨的影响,需通过试验来测定含水量与土的强度参数关系。     

由新疆额敏县阿克苏水库均质土坝的施工回顾设计的几点认识

新疆额敏县阿克苏水库均质土坝1976年兴建时,设计干容重16.5kN/m~3,后因资金短缺10年只完成了土方量的16%.在1987年续建设计中干容重提高到17.0kN/m~3,.甲方仅提出了几个土场的自然含水量和自然干容重,无其它指标.续建施工单位在施工前和施工中对各土场土料进行了多项目试验,上土前进行了碾压试验,取得了施工参数.现代土坝续建部分已填筑完毕.根据对续建部分整体干容重的数理统计分析:合格率为     

非饱和黄土宏细观含水状态与结构性的研究

土水特征曲线可以反映土中孔隙的空间分布与变化情况,利用土体的孔隙分布特征可以研究 非饱和土的持水特性和结构特性。首先通过室内压力膜仪试验,研究了非饱和黄土的土水特征曲线的 进气压力值、脱湿速率、孔径分布参数等指标与干密度、击实含水率的关系;然后基于孔径分布计算理论 和试验结果,给出了非饱和黄土的孔径分布曲线,用来评价土体内部孔径的分布情况,分析了非饱和黄 土干密度和击实含水率对土的宏细观含水状态和结构性的影响机理。结果表明:增大非饱和土的干密 度,可使孔径变小,孔隙结构分布范围变窄,土颗粒从架状结构向致密结构转换,基质吸力变化引起含水 率变化较小,持水特性提高,土体的脱湿速率变慢,进气值呈现增大趋势;而击实含水率位于最优含水率 湿测时,影响并不明显。     

堤防非饱和边坡稳定分析方法探讨

从非饱和土理论出发,对非饱和土的水-气转换、非饱和土的强度以及堤防稳定分析方法进行了初步探讨,重点探讨了非饱和土抗剪公式的简化问题,并在边坡稳定分析中引入了吸力对抗剪强度的影响,使常规的稳定分析程序更为合理。     

截渗墙上的水压力荷载研究

垂直截渗墙是控制地下水流的一项重要措施，根据实际工程地质模型，基于Darcy定律的本构关系，通过有限元模拟分析，定量地揭示了水库蓄水过程中截渗墙上的水荷载的变化和分布，并根据数值模拟结果提出合理简化的水荷载分布形式，希望这些研究成果能为截渗墙的应力应变分析提供参考。     

干湿循环对非饱和黄土渗透系数的影响研究

针对不同干密度的重塑非饱和黄土,利用GCTS压力仪研究非饱和黄土在干湿循环条件下的土－水特征曲线,选用van Genuchten模型拟合体积含水量与基质吸力的关系,结合Childs & Collis-Geroge模型预测黄土的非饱和渗透系数,进而分析干湿循环作用及干密度对非饱和渗透系数的影响。研究结果表明：试验地区非饱和黄土的土－水特征曲线拟合相关度高达0.97以上,有良好的适用性;黄土的非饱和渗透系数与干湿循环次数及干密度之间均符合指数函数关系;相同基质吸力条件下,干密度大的黄土非饱和渗透系数大,基质吸力较小时,干密度为1.74 g/cm³的黄土比干密度为1.56 g/cm³的黄土非饱和渗透系数大10²数量级;当干密度保持不变时,随着干湿循环次数的增加,渗透系数逐渐增大,其增幅随体积含水量的增大而增大,随基质吸力的增大而减小;当非饱和黄土试样的体积含水量接近残余含水量时,土体的渗透系数趋于稳定。     

砂砾地基渗透变形的试验及其规律分析

本文介绍采用反复升降水力坡降的试验方法,对某砂砾地基原状样与再造样进行对比的试验。结果表明:该地基原状样的抗渗能力大大超过再造样的抗渗能力。文中对其原因进行了分析,并提出一种分析土体渗透变形发生和发展过程的新方法。通过控制不同渗径长度和干容重的试验方法,结合以往的试验工作,研究了土体的密实程度和渗径长度对抗渗强度的影响,提出了临界渗径长的概念,建立了渗径长,干容重和临界坡降的关系式。对其机理也进行了讨论。