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     

土水特征曲线在非饱和粘性土强度中应用的试验

实际工程中遇到的土大多是非饱和土,抗剪强度是土的重要力学指标。先通过试验量测粘性土的土水特征曲线,后利用土水特征曲线预测土的抗剪强度,并将预测值与等吸力直剪抗剪强度值进行对比分析。试验表明土水特征曲线预测土的抗剪强度值比直接通过等吸力直剪试验得到的强度值小,因为土水特征曲线是反映的含水量对基质吸力的影响,而忽略了其它因素对吸力的影响。     

非饱和土土水特征曲线特性研究

土水特征曲线是岩土工程界的热点问题。土水特征曲线是土的含水率或饱和度随基质吸力变化的一个特征曲线。饱和土是由气态、液态、固态三相比例指标组成。饱和土体土水特征曲线研究基本成熟,非饱和土体土水特征曲线特性研究还有不足。文章利用英国欧美GDS三轴仪测得围压值不变但基质吸力变化下的非饱和土土水特征曲线的试验数据,并绘制土水特征曲线,结果表明,基质吸力小于100 kPa,粘聚力与基质吸力是非线性增长,增长曲线逐渐变缓;基质吸力大于100 kPa,粘聚力与基质吸力呈线性增长。     

重塑非饱和黄土的土水特征曲线试验研究

绘制出三个压实度重塑非饱和黄土的土水特征曲线,总结出描述土水特征曲线的线性模型,模型中包含两个参数。     

非饱和黄土土水特征曲线的研究

利用高速离心机法测试了在不同温度和密度条件下的非饱和黄土的土水特征曲线。试验数据分析表明:基质吸力随含水率的增大而减小;基质吸力随密度的增大而增大;温度、密度、基质吸力与含水率之间符合幂函数的变化关系。最后推导出了一个综合考虑温度、密度、基质吸力对含水率影响的非饱和黄土土水特征曲线拟合公式,可以用来直接计算不同温度、不同密度和不同基质吸力条件下的非饱和黄土的含水率。     

土-水特征曲线的研究现状及发展趋势

简要地介绍了土-水特征曲线研究的意义,通过回顾土-水特征曲线在工程实际中的应用,阐述目前的研究现状以及未来的发展趋势。     

非饱和土的理论土-水特征曲线

基于热力学理论建立了规则等直径圆球土颗粒之间的弯液面方程,运用迭代法对这一高度非线性方程组进行了求解,进而确定了理论意义上的基质吸力。文中考虑了基质吸力的作用面积,提出了等效基质吸力和广义土-水特征曲线的概念。分析表明,饱和度为0时等效基质吸力为0,随着饱和度的增大,等效基质吸力逐渐增大,并在某一饱和度处达到最大,此时土的强度最高。针对等直径土颗粒松散排列方式进行了具体计算与讨论。计算表明,与基质吸力相比,等效基质吸力随饱和度的变化并不十分显著,而无论基质吸力还是等效基质吸力均随颗粒空间排列间隙的增大而迅速减小,由此所得到的两种土-水特征曲线强烈地依赖于接触角的变化。     

侧限压缩条件下非饱和原状黄土的土水特征

 用非饱和土固结仪对不同初始含水率的西安原状黄土进行常含水率压缩试验,最大净竖向应力为1 600 kPa,采用轴平移法测定有、无竖向应力条件下黄土的吸力,探讨侧限压缩条件下应力变化对原状黄土吸力特性的影响。结果表明：含水率一定时,净竖向应力变化对非饱和原状黄土的吸力状态有一定的影响,且影响规律随初始含水率而异,影响程度与应力及初始含水量的大小有关;较低净竖向应力(≤400 kPa)时,应力变化对不同初始含水率原状黄土吸力的影响皆很小;初始含水率大于塑限时,应力的影响较小,小于塑限时,其影响较大。在与应力及含水率相关的二种饱和度变化条件下,吸力与饱和度关系呈现出不同的变化特性。净竖向应力对土水特征曲线的影响与其大小有关,净竖向应力较大(＞400 kPa)时,其影响较大,净竖向应力较低(≤400 kPa)时,其影响很小。为了工程应用简便起见,较低净竖向应力(≤400 kPa)时,原状黄土的土水特征可用无应力条件下含水率与吸力关系来描述,较大净竖向应力(＞400 kPa)时,应分别确定,不同应力作用下的土水特征曲线可用幂函数来描述。     

非饱和原状土与重塑土土-水特征曲线对比研究

土-水特征曲线(SWCC)是反映非饱和土工程特性的重要表现形式。由于原状土的取土及试验过程较为繁琐,所以现有非饱和土分析大多用重塑土,而重塑土的土-水特征曲线与原状土的特征曲线的对比研究还不充分。通过对石家庄地区非饱和原状土与同条件下的重塑土土-水特征曲线的测定,分析抽气饱和过程对SWCC的影响,对比原状土与重塑土的进气值、排水速率、排水量大小、残余饱和度对应的基质吸力、固结时间的量化差异。研究结果表明:抽气饱和对SWCC影响不大;原状非饱和土的进气值要低于重塑土的进气值;试验中由于原状土中有历史形成的大孔隙,土-水特征曲线的斜率比重塑土大,排水速率在试验前期大于重塑土;但原状土的排水量没有因这些大孔隙而比重塑土大;原状土达到残余饱和状态时的基质吸力比重塑土小;原状土比重塑土达到残余状态早、达到残余饱和度所需时间短。在此基础上,得到了更适合于石家庄地区区域性非饱和土土-水特征曲线的三参数拟合方程。     

由土–水特征曲线预测上海非饱和软土渗透系数

在分析总结由土–水特征曲线预测非饱和土渗透系数方法的基础上,根据Childs和Collis-George(1950)利用充水孔隙空间形状提出的、并经多次修改的预测渗透系数模型,预测了上海非饱和软土的相对渗透系数。上海非饱和软土渗透性参数随吸力(含水率)变化呈现非线性变化,吸力增加(含水率降低)渗透性快速降低。对不同粒径的上海非饱和软土层,在减饱和初期(低吸力阶段),土体中骨架颗粒大小对渗透性影响不大;但随着减饱和过程的进行,大骨架颗粒的土体的渗透性衰减速率大于小颗粒土体;而减饱和后期,这种衰减速率上的差异又趋于不明显。这一衰减特征主要与参与减饱和的土中水的赋存状态有关。     

双孔结构非饱和红黏土土水特征曲线模型

为了真实反映土体内部双孔结构和变形对土持水特性的共同影响,推导建立了考虑变形的双孔结构非饱和土土水特征曲线模型。模型提出以双孔土水特征曲线中的“相接点”作为“双孔”结构非饱和土大小孔隙尺度分界点,并针对不同区间的土水特征曲线分别建立方程。在各分段方程中引入体变参数用来反映不同初始孔隙比下SWCC的变形。采用桂林红黏土压实样,在全吸力范围内开展了土水特征曲线试验,在各级吸力平衡后对土样进行压汞试验,对所建立模型进行验证。结果表明,所建立考虑双孔结构非饱和土土水特征曲线模型对红黏土干化与湿化过程均具有良好的适用性和良好的预测效果,可以反映不同初始孔隙比和不同结构土样在相同水力路径下的水力行为。     

荆门膨胀土土–水特征曲线特征参数分析与非饱和抗剪强度预测

 为探讨荆门原状、压实、石灰改良膨胀土的非饱和抗剪强度与土–水特征曲线(SWCC)的相关关系,利用Fredlund-Xing模型对3种膨胀土的SWCC试验数据进行非线性拟合,获得相应模型参数;利用Fredlund公式(1996年)对3种膨胀土控制吸力下的固结排水剪三轴压缩试验抗剪强度成果进行相关分析。分析结果表明：(1) 使用Fredlund-Xing模型拟合3种膨胀土SWCC试验数据的效果均较好。(2) 荆门原状、压实、石灰改良膨胀土的进气值分别为210,68和18 kPa;石灰改良膨胀土的持水能力(水稳定性)最强,压实膨胀土次之,原状膨胀土最弱;3种膨胀土的残余吸力可均取为3 000 kPa。(3) 3种膨胀土的有效内摩擦角(j´)和与基质吸力相应的内摩擦角(jb)均非常数;j´与基质吸力相关,jb与基质吸力和应力状态均相关,这意味着Mohr-Coulomb破坏包面是双向弯曲的。(4) 使用Fredlund公式,能够在较大的吸力范围内较好地预测荆门膨胀土的非饱和抗剪强度,原状、压实、石灰改良膨胀土的土性参数κ分别为2.4,2.7及3.4。(5) 预测值与实测值间存在差别的主要原因是Fredlund公式本身未考虑到jb与应力状态相关,若要考虑该因素,可将应力状态对SWCC的影响引入到Fredlund公式中。     

不同深度非饱和土的土水特征曲线试验研究

采用简易蒸发法对合肥市大房郢水库土石坝不同深度的原状土进行土水特征曲线试验研究,并利用Van Genuchten模型对试验结果进行拟合,综合考虑了不同深度处土样的颗粒组成、初始含水率、初始干密度和初始孔隙比对土水特征曲线的影响。研究表明：(1)同一土质不同深度的土样,随着深度的增大,初始含水率、初始干密度增大,初始孔隙比减小。埋藏较深的土样土水特征曲线出现在埋藏较浅的土水特征曲线的上方,较深的土样具有较大的饱和体积含水率。(2)埋藏较深的土样土水特征曲线的空气进气值较大,相应的土水特征曲线的斜率也较小。土样的初始含水率越高、初始干密度越大、初始孔隙比越小,进气值就越大,特征曲线就越缓。(3)水分蒸发量随时间近似线性增加,埋藏较深的土样水分蒸发速率较慢,埋藏较浅的土样水分蒸发速率较快。(4)不同深度土样在初始阶段基质吸力变化速率较快,随后变化速度有所减缓,埋藏较深的土样吸力变化速率较慢,埋藏较浅的土样吸力变化速率较快。     

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...     

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。     

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。     

基于土水特征曲线预测城市固体废弃物（MSW）非饱和渗透系数研究

基于对人工配制的城市固体废弃物（ MSW ）的土水特征试验,研究了不同有机含量、不同孔隙比下 MSW 的非饱和渗透系数,得到了 MSW 非饱和渗透系数随有机含量和孔隙比变化的定量关系式。研究结果表明在双对数坐标系下, MSW 的气相和液相非饱和渗透系数和吸力几乎为线性关系;对于相同的吸力作用,孔隙比越大,其液相和气相非饱和渗透系数也越大;总体上液相非饱和渗透系数的变化范围为 10 ^{- 11} ～ 10 ^{- 5} cm/s ,气相非饱和渗透系数的变化范围为 10 ^{- 5} ～ 10 ^{- 2} cm/s 。与有机含量的变化相比,孔隙比的变化对 MSW 非饱和渗透特性的影响较为明显。公式验证表明,利用该方法预测已知成分和孔隙比的 MSW 的非饱和渗透系数是可行的。     

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。     

张力计量测非饱和土吸力及工程应用展望

在基坑和边坡治理的工程实践中,通过张力计来监测土中吸力的变化,以此来判断可能的安全裕度和采取必要的安全措施将有助于减少灾害的发生。本文通过介绍张力计在量测土中吸力时可能面临的问题与使用经验,重点介绍利用张力计求得土水特征曲线的实用价值,以期能促进和推广非饱和土力学在实际工程中的应用。