基质势作用下非饱和黏性路基土水分迁移规律研究

基质势在非饱和土水分迁移的过程中起到了主导作用,水分迁移作用对非饱和土路基长期性能的演变具有重要影响,因此研究基质势作用下非饱和黏性路基土水分迁移具有重要的现实意义,基于此选取洪山区典型黏土,开展了非饱和黏性路基土在基质势梯度作用下的水分迁移试验,研究了不同初始含水率,不同含水率梯度,不同迁移时间下路基土水分迁移规律。结果表明,随时间增加土样含水率逐渐增大,基质势逐渐减小,基质势梯度降低水分迁移量减小;土样含水率梯度相同时,基质势梯度随初始含水率增加而减小,水分迁移量减小;初始含水率相同时,基质势梯度随含水率梯度增大而增大,水分迁移量随之增大;基于试验数据,建立了非饱和路基土水分迁移量和初始基质势梯度之间的关系式,二者间大体上呈线性关系。     

冰水堆积土填料路基沉降特性试验研究

为明确冰水堆积填料高速公路路用特性及工后沉降特征,借助土工离心模型试验装置,研究了过湿冰水堆积土夹层填筑法路基的沉降变形特性及水分迁移规律.研究结构表明:路基沉降呈中间大两边小的趋势.冰水堆积物夹层法填筑路基初期沉降较快,后期随着固结速度的减慢沉降速率变慢,1.5年后路基沉降基本稳定,最大沉降达到16 cm,工后最大沉降约为1 cm.通过离心模型试验中孔隙水压力的变化规律,孔隙水压力在填筑过程中随填筑高度增加而增加;填筑完成后,随时间增加而逐渐减小;夹层填筑法施工能很好加速孔隙水压力消散,促进排水固结,使路基工后沉降满足规范要求.     

冻融条件下粉质黏土中吸附水和自由水动态变化规律

为了研究粉质黏土中吸附水和自由水在冻融时的动态变化特征,探索土体冻融过程中土水之间物理过程。采用新型分层核磁测量技术,开展了含水量（质量分数）分别为21.1%,16.8%和12.0%的粉质黏土在封闭条件下的冻融试验,并采用电子显微镜扫描了冻融后不同深度土体的微观结构。试验结果表明:随着土体冻结过程持续,不同深度土体中自由水和吸附水均减少,且冻结区和非冻结区的自由水相对减少量均大于吸附水相对减少量;土样融化时不同深度土体中自由水和吸附水均增加;此外冻融作用导致冻结区吸附水减少,自由水增加;而未冻结区的吸附水和自由水均减少;冻融后冻结区的孔隙数量和孔隙体积增加,而未冻结区孔隙数量和孔隙体积减小。冻结过程中土体吸附水和自由水动态变化差异与水分子作用势的不均匀空间分布有关;冻融前后土体吸附水和自由水的重分布是水分迁移和土体微观结构变化共同作用的结果。     

东北粘质黄土有害毛细上升高度预测研究

以沈哈高速铁路沿线的粘质黄土为研究对象,在恒温状态下进行了开放系统水分迁移试验,试验结果表明:随着时间的推移,湿润锋面由底部逐渐向上迁移,含水量也由试件的底部向顶部逐渐减小,试验结束时土柱中的含水量基本表现出由底部向顶部逐渐减小的趋势.基于上述试验终态时刻土体体积含水量沿试样高度的分布,利用灰色理论预测模型GM(1,1)并结合室内冻胀敏感性试验资料确定出了东北粘质黄土的有害毛细上升高度约为1.12 m.在此基础之上,结合长春地区的最大冻深资料,计算出要保证粘质黄土不产生冻胀,其距离地下水位的最小高度约为2.92 m.     

降雨对抗滑桩加固边坡稳定性的影响

为研究降雨条件下抗滑桩加固边坡的稳定性及其渗流场演变,以枞树坪边坡工程为例,将非饱和渗流理论与强度折减法相结合,利用MIDAS GTS对降雨边坡进行数值模拟,定量分析基质吸力、降雨强度、桩顶约束形式对抗滑桩边坡稳定性的影响。结果表明：在降雨状态下,雨水首先危害边坡的浅层土体,孔隙水压力随土体深度呈现出大小大分布,随着降雨的持续,孔隙水压力的最小值向土体内部发展,雨水对边坡的影响深度增大,浸润线上升,深层土体的负孔隙水压力转化为正孔隙水压力,基质吸力的作用也随之减小。其中,降雨强度对边坡的危害始终增大,对桩顶施加位移约束和固定约束可以减小降雨对边坡的影响,限制边坡位移,并且固定约束的加固效果要略高于位移约束。     

基于水分迁移的不同质量分数全尾砂浆浑液面沉降规律

全尾砂浆浓密是充填采矿的重要环节，而给料质量分数波动是影响料浆浓密效果的关键因素之一.此外，尾砂浓密过程中内部水分不断发生迁移变化，并受到给料质量分数和沉降时间的制约.本文基于全尾砂浆内部水分迁移变化探究全尾砂浆浑液面沉降特性.为此，针对不同给料质量分数的全尾砂浆开展了室内静态絮凝沉降、核磁共振(NMR)测试和现场工业试验.研究结果表明：全尾砂浆浑液面沉降效果与给料质量分数呈反比，沉降速度随着给料质量分数的增大而降低；给料质量分数和沉降时间显著影响全尾砂浆内部水分迁移变化，随着沉降时间由0.5 min延长至15 min,浑液面处全尾砂浆内部孔隙率减小，即总水分含量减少，表现为自由水含量减小，吸附水和絮团水含量增加，且随着给料质量分数的增加，吸附水、絮团水和自由水含量受沉降时间影响显著.全尾砂浆内部孔隙率、自由水与絮凝沉降浑液面高度存在较好的三次多项式函数关系，可根据水分迁移变化情况评判絮凝沉降效果.现场工业试验表明溢流水随着给料质量分数的增加而逐渐跑浑，当给料质量分数超过21%后，絮凝沉降效果立即变差，溢流水含固量迅速增加、浊度升至80～100 NTU.从砂浆内部水分迁移研究结果为尾砂...     

温度驱动下风积砂毛细现象试验研究

为了研究环境温度对毛细水上升过程的影响,进行了室内砂柱模拟试验。设置了两组不同温度下砂柱毛细水上升试验进行对比,分析了风积砂毛细水上升高度随时间的变化规律以及与温度的关系,探讨了毛细水上升的运动机理。试验结果表明:外部条件相同的情况下,较高的温度能够加快湿润锋的迁移速率,然而局部的高温会抑制水分的向上迁移,但温度效应不是特别明显。     

有压冻融土体孔隙水压力变化试验研究

基于室内试验,开展了周期温度边界和上覆荷载共同作用下土体内部孔隙水压力变化及变形发展规律研究.结果表明：土体内部孔隙水压力的变化同时受到温度、上覆荷载以及冻融周期等因素的综合影响.融化过程中,孔隙水压力在短时间内快速增大后消散.冻结过程中,孔隙水压力先增大后减小.孔隙水压力变化幅度随上覆荷载的增大而增大,在冻融周期为8 h温度边界条件下,上覆荷载由50 kPa增加至150 kPa,试样高度77 mm处孔隙水压力平均变化幅度由13.4 kPa增加至46.0 kPa.冻融周期越大,孔隙水压力的变化幅度越大.在周期温度边界和上覆荷载共同作用下,试样竖向变形呈现阶梯型发展趋势,且量值主要受上覆荷载影响.荷载相同时,冻融周期对试样最终竖向变形值影响较小,上覆荷载为100 kPa时,冻融周期4 h和8 h温度边界条件下试样的最终竖向变形分别为10.5 mm和11.2 mm.     

动荷载下土体温度和孔隙水压力的变化规律

动荷载对土体的挤压作用能够改变土体内部孔隙的大小,进而导致土体内部孔隙水压力发生变化.为了验证该物理过程,通过模型试验,研究冻融循环作用下无荷载和动荷载时土体温度和孔隙水压力的变化规律.结果表明,冻融循环作用下,当外部温度达到最高值时,土体上部0~10 cm和底部20~40cm范围内的等温线密集,温度梯度较大,而10~20 cm范围内的等温线较稀疏,温度梯度较小;当温度达到最低值时,土体内部等温线分布均匀.在无荷载条件下,土体内部孔隙水压力随冻融次数增加呈增大趋势,动荷载条件下亦呈现同样规律.动荷载引起土体内部孔隙水压力在冻融过程中发生变化,在冻融初期,振动底板下方5 cm范围内的孔隙水压力为正值,其他区域为负值.随着冻融循环次数的增加,振动底板下方正孔隙水压力的范围扩大到10 cm,而且在振动底板下方20 cm处出现高孔隙水压力区域.     

防热复合材料高温体积烧蚀模型

分析了防热复合材料在高温烧蚀过程中所发生的物理－化学变化;根据能量和质量守恒定律,建立了防热复合材料的体积烧蚀模型,并对某碳／酸醛复合材料的烧蚀过程进行了数值模拟。结果表明,材料的烧蚀不仅与温度而且与升温速率相关;升温速率越大,达到相同烧蚀温度时的烧蚀量减小,烧蚀过程中温度的渗透速度减慢,温度梯度减小。材料内部孔隙中气体的压力影响区域较温度的影响区域小,最大压力点随时间增加逐渐内移,最大压力相应增大。     

降雨促发黄土滑坡的启动机制模拟

黄土滑坡和降雨关系尤为密切。为深入研究降雨入渗对滑坡的促发作用,在对陕西西安地区“9?17”灞桥滑坡现场勘察的基础上,利用数值模拟方法系统研究了黄土边坡在降雨入渗条件下土体相关物理力学指标的变化响应特征及时空分布规律; 从滑动面安全系数变化的角度分析了边坡的失稳过程,并揭示了该类滑坡的启动机制。结果表明:①降雨入渗首先引起坡面土体的基质吸力逐渐降低,而且不同分布位置的降幅不同; ②滑坡启动前,坡体的高体积含水量范围随降雨明显扩大,且体积含水量表现出从古土壤层向邻近黄土层递减的规律; ③边坡的水平方向位移自坡面中部向坡体的上下部呈放射状递减特征,垂直方向位移由上至下逐渐减小,而临界滑动面的安全系数也随降雨入渗过程逐步递减; ④节理处土体的孔隙水压力和体积含水量的变化响应时间及幅度都早于且强于坡体其他区域,坡体内最大剪应变的区域分布与坡面基本平行,模拟结果与原型滑坡一致; ⑤基于黄土独特的水敏性、地质构造和人类工程活动等诱因的影响,加上节理裂隙为水的入渗和运移提供了优势通道,降雨加速了黄土潜蚀和坡体结构破坏过程,改变了边坡内部应力场、位移场和水文地质条件,进而促发了滑坡。     

锚杆-土体界面剪切特性影响因素试验研究

采用自行设计的室内锚杆-土体界面剪切试验装置模拟锚杆抗拔过程,共开展了72组剪切试验,深入研究了有无预压、土体含水率和压实度3个因素对锚杆-土体界面剪切特性影响。试验结果表明:锚杆-土体界面剪应力随剪切位移的提高而提高,但是当剪切位移达到一定值后,锚杆-土体界面剪应力逐渐弱化或被破坏,并出现锚杆-土体界面剪切位移增加而剪应力降低的现象;土样含水率和压实度对极限剪应力的发挥有十分重要的影响,含水率等于或略大于最佳含水率的土体有利于界面极限剪应力的提高,土体压实度越大,极限剪应力也越高;对于有预压情况,剪切试验中当竖向压力低于预压力时,预压力对于锚杆-土体界面极限剪应力有明显的增强效应,但随着土体上覆压力增大,预压力的增幅效果逐渐减弱,甚至可能出现不利于极限剪应力发挥的现象。     

干湿循环作用下膨胀土表观胀缩变形特性

为揭示不同上覆压力及含水率幅值条件下膨胀土胀缩特性及表观不可逆变形,开展了干湿循环作用下膨胀土表现胀缩变形特性试验研究.从微观的角度分析了膨胀土吸水膨胀、失水收缩的特性及产生裂隙的原因;探讨了不同压力及含水率循环幅值条件下,膨胀土试样高度、相对膨胀率、相对线缩率、随含水率及循环次数的变化关系以及试样表观相对不可逆变形量与累计不可逆变形量随循环次数的变化关系.研究结果表明:膨胀土吸水膨胀失水收缩是土颗粒间水体变化叠加的直观反应,也是土体内部产生裂隙的主要诱因;膨胀土失水收缩过程中,基质吸力以最大程度限制含水率减小的方式逐渐增大;不同压力作用下,试件高度随含水率呈线性变化关系,而无压力作用下的变化关系波动较大;随着循环次数的增加,膨胀土相对膨胀率逐渐减小,而相对线缩率先增大后减小,且上覆压力越大,相对膨胀率越低;不同含水率幅值范围内的相对膨胀率与相对线缩率随着循环次数的增加具有逐渐减小的趋势;不同压力作用下,含水率为15%时,膨胀土的累计不可逆变形随着循环次数的增加逐渐增大,而在含水率为25%时其反而逐渐减小.     

软土力学性质随含水量变化的试验研究

通过试验研究了上海软土的孔隙水压力、应力－应变关系随含水量的变化规律。试验表明，随着含水量的增加，土样破坏时的孔隙水压力逐渐增高；周围压力越高，土样破坏时主应力差越高，孔隙水压力越大；有效应力比随含水量的减少而增大，在周围压力较高时，规律更明显；较低含水量的试样具有较高的抗剪强度。     

带受力盘塑料套管混凝土桩挤土效应试验研究

在上海软土地基中进行了带受力盘塑料套管混凝土桩沉桩压入试验,通过在试验桩桩周预先布置孔压、侧向位移、地表隆起和径向土压力监测点,探求带受力盘TC桩在沉桩过程中的桩土相互作用机理。试验结果表明:超孔压增量沿深度呈上小下大分布并在沉管拔出后迅速消散;挤土应力沿深度亦呈上小下大分布并沿径向减小,在沉管拔出短时间内骤减;土体在桩压入过程向外移动,拔管之后向内偏转;地表整体下沉,随径向距离增加下沉量变小。     

含水率对于地下结构地震动力响应的影响研究

含水率对土体的弹性模量、黏聚力、内摩擦角以及土体密度都会产生影响.密实度一定的情况下,黏性土的多种力学参数会随着最佳含水率的出现而出现"峰值"效应.利用FLAC3D差分软件对不饱和土在地震作用下的动力响应进行了模拟和分析,探讨了土中含水率对于地下结构地震动力响应的影响规律.结果表明,在最佳含水率附近,土层的性质对于地下结构的作用来说是最良好的,此时结构的内力可取得最小值;顶板和底板的相对水平位移变化不大,并且位移的数值随着含水率的增加而逐渐减小;土体和结构的加速度峰值都随着含水率的增加而呈减小的趋势.     

增湿条件下膨胀土隧道围岩的稳定性

增湿条件下,膨胀土的强度会降低并产生膨胀力,在两者的共同作用下,膨胀土隧道围岩稳定性会严重降低,有必要研究增湿条件下膨胀土隧道围岩的变形和衬砌受力.采用室内试验和数值模拟的方法对膨胀土隧道围岩稳定性进行研究,对不同含水率的重塑膨胀土进行剪切试验,得出摩擦角、黏聚力与含水率的拟合关系式,运用ABAQUS有限元软件对膨胀土...     

Vertical drainage capacity of new electrical drainage board on improvement of super soft clayey ground

As an advanced polymer composites electro-kinetic geosynthetics, the electro-osmotic vertical drainage(EVD) board could drain water quickly and accelerate consolidation process. However, the drainage rate was mainly impacted by the vertical drainage capability. Therefore, vertical drainage capability at the top of EVD board was theoretically analyzed. Basic requirements for drainage at the top of the board were summed up, as well as the formula of anode pore pressure when losing the vertical drainage capability. Meanwhile, a contrast test on the top and bottom drainage capacities was conducted. In use of the advanced EVD board, the voltage potential and pore pressure of anode were measured. Moreover, the derived formulas were verified. The result shows that the decrease of electric force gradient had an observable impact on the drainage capability. There was nearly no difference between the energy consumption for the two drainage methods. Although a little less water was discharged, the top drainage method had more advantages, such as high initial drainage velocity, few soil cracks, low anode water content and high soil strength. All of these show that the super soft soil ground could be consolidated quickly in use of the advanced EVD board through the top drainage. The top drainage method could efficiently improve the drainage effect, decrease the energy consumption and speed up the project proceeding.     

细粒含量对饱和砂土动孔压演化特性的影响

利用GDS循环三轴仪,对不同细粒含量砂土进行了不排水动三轴液化试验,并基于Seed孔压应力模型,研究了细粒含量对液化进程中动孔压演化特性的影响。研究结果表明：细粒含量对砂土孔压发展影响较大,其影响主要体现在孔压发展模式参数θ的不同。含细粒砂土中细粒含量与孔压参数θ的关系不是呈单调的线性关系。参数θ先随着细粒含量的增加而减小,并在细粒含量为30%时达到最小值,之后随着细粒含量的增加又逐渐增加,不同的是参数θ在细粒含量超过30%后,其增加的趋势相对平缓。通过对不同细粒含量砂土动孔压演化特性试验研究,更进一步证明了临界含量的存在,试验所用的含细粒砂土,临界细粒含量在30%左右。