非饱和花岗岩残积土强度试验研究

以衡阳非饱和花岗岩残积土为例,研究非饱和花岗岩残积土强度特性。采用滤纸法测定了花岗岩残积土的土水特征曲线,并进行了固结不排水剪切试验,分析了含水量及初始基质吸力对非饱和花岗岩残积土强度的影响。试验表明,在试验研究的含水量范围内,非饱和花岗岩残积土的吸力随着含水量的增大而减小,但含水量对初始基质吸力的影响较小;内摩擦角随含水量增加而线性减小,黏聚力随含水量增加呈二次曲线规律变化,而初始基质吸力对内摩擦角和黏聚力的影响呈非线性。     

全吸力范围内孔隙比对南阳膨胀土土水特性的影响

用压力板法、滤纸法和饱和盐溶液蒸汽平衡法研究了孔隙比对全吸力范围内南阳膨胀土压实样土水特性的影响。试验结果表明:联合压力板法和蒸汽平衡法可以较好地测量出全吸力范围内南阳膨胀土土水特征曲线的脱湿曲线,其土水特征曲线在吸力超过进气值后近似为一条直线,没有明显的过渡段;在干湿循环过程中,膨胀土的胀缩变形并不完全可逆;不同初始孔隙比的试样在脱湿与吸湿过程中均存在明显的滞回效应,并且初始孔隙比越大,反映在土水特征曲线上的滞回效应越明显;全吸力范围内以含水率表示的不同初始孔隙比土水特征曲线随着吸力的增大逐渐趋于一致;全吸力范围内以饱和度表示的土水特征曲线随着初始孔隙比的增大,整体向上移动;当含水率趋于零的时候,南阳膨胀土的吸力小于1 000 MPa,其最大吸力大致在500~600 MPa。     

不同干密度下玄武岩残积土土水特征曲线分析

采用美国SOILMOISTRUE综合压力板仪法,测试了原状与重塑玄武岩残积土样在不同密度下的土水特征曲线。试验结果表明:不同干密度下玄武岩残积土的进气值不同,干密度大的土样进气值较小,即相同含水率条件下土样的基质吸力随干密度的增大而增大;当基质吸力超过850kPa后,体积含水率随基质吸力的变化很小,重塑土与原状土土水特征曲线基本平行。进一步地采用Van Genuchten模型(简称VG模型)、Fredlund 3参数模型和Fredlund 4参数模型对试验所测的曲线进行了拟合,结果表明:VG模型能较好地拟合本次试验结果,同时给出了拟合参数,拟合的相关系数均大于0.99;对比Fredlund 3参数模型和Fredlund 4参数模型的拟合数据,可以看出假定残余含水率θr等于0是合理的,三种模型对玄武岩残积土土水特征曲线均具有良好的适应性,但VG模型拟合效果最为良好。     

某公路弱膨胀土土水特征与非饱和渗透特性

文章对湖北某高速公路某高路堑边坡弱膨胀土的土-水特征进行了试验研究,吸力量测采用气相法与渗析(液相)方法,并获得了吸力范围为0.01～309MPa的土-水特征曲线;并根据Fredlund和Xing的对数函数形式表达的数学模型对试验结果进行了拟合分析;在此基础上,利用Childs等人建立并多次修改的预测模型,预测了试验土样的相对渗透系数.土样土-水特征曲线的减饱和过程具有明显边界效应段和过渡段,但残余段不够明显,其非饱和相对渗透系数随吸力(含水量)变化呈非线性变化,吸力增加(含水量降低)渗透性快速降低.     

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。     

干密度对重塑花岗岩残积土土水特征曲线影响

采用压力膜仪法对深圳市福田区某基坑底部的花岗岩残积土重塑土样进行不同干密度下的土水特征曲线试验,研究不同干密度对花岗岩残积土土水特征曲线的影响,并采用Van Genuchten模型、FredlundXing模型及Gardenr模型进行土水特征曲线拟合,以给工程设计提供参考。试验结果表明:不同干密度对土水特征曲线有显著影响,且主要影响土水特征曲线的过渡段,干密度越大其持水性能越强、进气值越大; 3种模型均可较好模拟花岗岩残积土重塑样土水特征曲线。     

红黏土的土水特性及其孔隙分布

以桂林红黏土为研究对象,采用压力板法、滤纸法和饱和盐溶液蒸气平衡法3种方法研究在全吸力范围内原状样和压实样的土水特性,并结合压汞试验研究其孔隙分布。试验结果表明:当吸力约小于10 MPa时原状样的土水特征曲线略低于压实样,主要原因是原状样内部裂隙随吸力的增加而不断发展;当吸力约大于10 MPa时两者的土水特征曲线几乎重合。原状和压实桂林红黏土样的土水特征曲线与典型的土水特征曲线不同,即在过渡段均不是单一直线。此外,原状样为单峰孔隙结构,压实样则为双峰孔隙结构,原状样的最终收缩变形量比压实样大。不同干密度的压实样内部颗粒间孔隙分布几乎相同,而积聚体间孔隙或积聚体内孔隙相对较大孔隙存在差异;由此可解释在高吸力范围内不同干密度压实样的含水率与吸力关系土水特征曲线几乎重合;以饱和度与吸力关系表示时,干密度越大,土水特征曲线越高。     

上海软土土水特征的室内试验研究

详细介绍了滤纸法、渗析法与气相法3种室内土样吸力量测方法,并采用这3种方法获取了上海浅层②1层土在0～1400 kPa范围以及全吸力范围上的土水特征曲线。由此可得以下结论:①明确上海第②1层软土的进气值在110～250 kPa之间;②上海第②1土层的残余饱和度对应的吸力值约为20 MPa;③上海地区软土的减饱和过程具有明显的阶段特征;④低吸力范围内,上海软土土水特征曲线存在明显的滞后性。     

全风化泥岩持水特性研究及其预测

以全风化泥岩为研究对象,采用压力板法、滤纸法和饱和盐溶液蒸气平衡法3种方法研究在全吸力范围内压实样的脱湿阶段持水特性;压汞试验测试土样的孔径分布,来解释宏观持水现象,并用此分布曲线推算持水曲线;利用瞬态吸湿脱湿系统(TRIM)快速测量土水特征曲线;以BrooksCorey、Van Genuchte和FredlundXing模型为基础进行预测,比较了拟合结果。试验结果表明:全风化泥岩压实样的进气值约为75 k Pa;与经典的持水曲线不同,过度段不是一条直线,中间出现了水平台阶状。基于瞬态理论的TRIM测试方法可以较好地对持水性进行预测。此外,饱和样为单峰孔隙结构,经受过吸力38 MPa的土样为双峰孔隙结构;饱和样孔隙的孔径主要集中在102~103 nm左右,随着吸力的增加,这个孔径范围的孔隙量减少最大。Van Genuchte和FredlundXing模型拟合曲线能很好地与试验数据吻合;其它预测持水曲线在很干和近饱和的状态与试验数据有一定的偏差。     

单峰和双峰土水特征曲线基本参数的确定

土水特征曲线基本参数(如进气值、残余吸力值和过渡区脱湿曲线的斜率等)的确定是预测非饱和土强度、渗透性以及本构关系的基础。基于修正Fredlund和Xing拟合方程,提出单峰和双峰土水特征曲线基本参数的确定方法。首先,对试验数据点进行最优化拟合,获取拟合方程的参数,对于双峰土水特征曲线,根据试样的孔径分布特征将其分段进行拟合;其次,根据拟合方程的几何关系求出过渡区和残余区土水特征曲线的斜率及其切线方程;再根据切线方程可以准确地确定单峰和双峰土水特征曲线的进气值、残余吸力值等。最后,利用单峰和双峰土水特征曲线的试验数据,验证了此方法的可行性。     

干湿循环对土-水特征曲线影响的预测模型

土-水特征曲线在非饱和土的研究中占有重要地位,目前用来预测土-水特征曲线的模型尚有待完善。引用生物学中的Logistic曲线方程,建立了能够较好预测非饱和土的土-水特征曲线的Logistic模型;并以某滑坡土作为试验土样,完成了3次干湿循环过程的土-水特征曲线;然后采用改进的Logistic模型对巴东滑坡土、南阳膨胀土及厦门残积土的试验数据进行拟合分析,发现Logistic模型可以较好地拟合土-水特征曲线,并建立了模型参数与干湿循环次数的关系,从而提出了一种预测模型,可以根据第1次干湿循环试验数据预测多次干湿循环后的土-水特征曲线关系,同时验证了该模型的适用性。     

全吸力范围内不同干密度膨胀土的强度特性

干密度和饱和度是影响非饱和膨胀土强度和变形特性的重要因素。为研究干密度和饱和度对非饱和膨胀土抗剪强度的影响,以南阳膨胀土为试验材料,对不同饱和度和干密度的南阳膨胀土的压实样进行直剪试验,得到了不同干密度及饱和度下的抗剪强度;利用滤纸法试验测得了南阳膨胀土在不同初始干密度下的土水特征曲线,并利用Fredlund-Xing方程进行全吸力范围内的拟合。通过土-水特征曲线将饱和度换算成吸力,得到了不同密度和吸力下南阳膨胀土的抗剪强度。结果表明:低吸力范围内非饱和膨胀土的强度随吸力的增大而增大;而高吸力时随着吸力的增大,土的强度变化趋势与干密度和应力大小有关,竖向压力较大和干密度较小时,强度随吸力增大而增大。     

含盐遗址重塑土的吸力测定及土水特征曲线拟合

在水、盐等多种因素的长期共同影响下,珍贵的交河故城本体普遍形成了表层结皮剥蚀病害,引发遗址不可逆转的破坏。非饱和土的特性与其吸力大小密切相关,因此准确确定土水特征曲线是深入研究土遗址劣化机理的基本前提。针对交河遗址土配制NaCl含量不同的泥浆,采用5种吸力测定方法(盐溶液蒸气平衡法、露点水势仪、滤纸法、压力膜仪和高容量张力计)获取被测土体干燥过程中的总吸力和基质吸力,开展不同方法所得吸力值之间的差异分析,借助van Genuchten(vG)和FredlundXing(FX)两种模型拟合基质吸力的土水特征曲线。结果表明,NaCl对遗址土基质吸力几乎没有影响,但由于引发渗透吸力而使总吸力在高含水率段显著增大。不同吸力测定方法反映的遗址土持水特性大体相似;综合多组试验数据可降低曲线拟合误差,在全吸力范围内获得可靠的土水特征脱湿曲线。vG模型和FX模型的拟合效果都比较好,结果为进一步定量化分析土遗址表层结皮开裂病害的形成演变过程提供了科学依据。     

全吸力范围红黏土干湿循环土–水特征曲线

采用轴平移法、滤纸法以及饱和盐溶液蒸汽平衡法3种方法相结合,对单峰(泥浆土)和双峰(压实土)孔隙结构的重塑红黏土土样进行了一系列室内试验,研究了全吸力范围内(0～286.7 MPa)孔隙结构和初始孔隙比对土–水特征曲线(SWCC)的影响,分析了干湿循环下两种土的滞回性及体积变化规律。试验结果表明:不论泥浆土还是压实土,初始孔隙比对SWCC的影响均主要体现在低吸力阶段;孔隙结构对SWCC影响显著,压实土和泥浆土的SWCC分别呈现"双台阶"和"单台阶"特征;初始孔隙比相同时,泥浆土的进气值更大,持水性能更好;干湿循环下压实土的滞回性明显小于泥浆土,但泥浆土的体变更大。     

高庙子膨润土的土水特征曲线与渗透系数

在土水特征测定试验的基础上,分析了历史上提出的各种模拟土水特征曲线的方程与试验结果的拟合程度.在非饱和渗透系数试验结果的基础上,分析了由分维理论得到的非饱和渗透系数模拟方程与试验结果的拟合程度.得出以下结论:Fredlund and Xing土水特征曲线方程对于试验结果有较好的模拟效果;Brooks和Corey土水特征曲线方程与试验结果的曲线形状更为接近,但在模拟接近309MPa的吸力段的土水曲线时与试验结果有偏差.分维理论的修正公式能更好模拟非饱和渗透系数.     

离子固化剂改性蒙脱土吸附水特性及持水模型研究

采用不同浓度离子固化剂对天然钙蒙脱土进行改性处理,开展素土与改性土在相对湿度(P/P0)0.01～0.95区间的水汽等温吸—脱附试验,通过持水速率曲线、晶层d001演化曲线及红外光谱特征峰解析蒙脱土吸附水进程中主控因素的演化规律,据此提出水合状态变化的界限相对湿度区间,在此基础上,分别从阳离子水化能和晶层表面水合能角度,建立了离子固化剂改性蒙脱土微观持水方程。试验结果表明:对于钙蒙脱土,在0P/P00.15～0.2,阳离子与水分子结合形成单层"水化壳";在0.15～0.2P/P00.45～0.5,阳离子形成2层"水化壳";当0.45～0.5P/P00.8～0.9,晶层基面进一步吸附水分子形成2层完整水化膜。在极高吸力段(ψ200 MPa),蒙脱土持水能力只受控于层间阳离子水化作用,而在中高吸力段(15 MPaψ200 MPa),晶层基面与水之间的分子作用力是影响蒙脱土表面水合能及持水性状的主要因素。在特定吸力范围内,离子固化剂通过改变相应的物化性质参数(阳离子交换量、比表面积)从而弱化蒙脱土持水能力。基于微观水合机制所构建的持水方程能够很好预测本次试验及文献报道的数据结果,不同吸力段的持水模型可量化表征离子固化剂对蒙脱土吸附水性状的调控机理。     

净平均应力对非饱和重塑黄土渗水系数的影响

为了研究净平均应力对非饱和重塑黄土渗水系数的影响,本文借助考虑净平均应力影响的广义土水特征曲线,应用间接方法预估渗水系数。对重塑黄土试样进行了四个控制净平均应力为常数而基质吸力逐步增大的三轴收缩试验。采用Van Genuchten模型对试验获取的土–水特征曲线进行拟合,通过拟合的连续曲线预测了不同净平均应力下非饱和重塑黄土的渗水系数。结果表明:净平均应力对土–水特征曲线的影响有明显规律,同一基质吸力下,净平均应力越大,试样的体积含水率越小,在一定吸力范围内,体积含水率与取对数基质吸力的关系曲线近似呈直线;渗水系数随基质吸力的增大而减小,同一基质吸力下,净平均应力越大渗水系数越小,较低净平均应力下基质吸力与取对数渗水系数的关系曲线近似呈直线,随着净平均应力的增加,关系曲线变为明显的折线。所得的成果为预测黄土地区高填方的增湿变形、降雨入渗下的边坡稳定性评价等方面提供了科学依据。     

考虑孔隙比和水力路径影响的非饱和土土水特性研究

以非膨胀性黏土为试验研究的对象,利用压力板法研究了初始孔隙比对不同水力路径下非饱和压实土土水特性的影响。试验结果表明,不同初始孔隙比土水特征曲线均存在明显的滞洄现象;当吸力大于某一值时,以含水率与吸力关系表示的话,不同初始孔隙比主脱湿土水曲线几乎重叠;以饱和度与吸力关系表示,初始孔隙比对土水特征曲线存在较大的影响。还提出归一化处理全吸力范围内不同初始孔隙比土水特征曲线的方法。最后,在归一化的处理方法基础上,提出了考虑初始孔隙比影响的非饱和土滞洄特性的模拟方法,并利用相关实测数据加以验证。     

考虑孔隙比和水力路径影响的非饱和土土水特性研究

以非膨胀性黏土为试验研究的对象,利用压力板法研究了初始孔隙比对不同水力路径下非饱和压实土土水特性的影响。试验结果表明,不同初始孔隙比土水特征曲线均存在明显的滞洄现象;当吸力大于某一值时,以含水率与吸力关系表示的话,不同初始孔隙比主脱湿土水曲线几乎重叠;以饱和度与吸力关系表示,初始孔隙比对土水特征曲线存在较大的影响。还提出归一化处理全吸力范围内不同初始孔隙比土水特征曲线的方法。最后,在归一化的处理方法基础上,提出了考虑初始孔隙比影响的非饱和土滞洄特性的模拟方法,并利用相关实测数据加以验证。     

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。