粗粒土渗透系数影响因素试验研究

粗粒土的渗透系数大小与土体类型、物质成分、颗粒级配、颗粒形状、密实度等因素相关.通过室内试验研究了土体颗粒形状、颗粒级配和试样密实度对粗粒土渗透系数的影响.采用正交法设计了9组常水头渗透试验,通过对试验结果进行极差及方差分析,确定了渗透系数随3种影响因素的变化情况.试验结果表明,渗透系数随颗粒级配特征值d20和曲率系数的增大而增大,随干密度的增大而减小,随颗粒球形度的增大而减小.     

三轴应力下黏性土微细结构试验

利用自行研制的微细结构光学测试系统,对三轴应力下黏性土的微细结构图像进行了连续采集,提取了相应的微细结构量化参数,对微细结构的演化特性进行了分析。结果表明:随着荷载的增加,颗粒集聚体排列向着杂乱无序的方向发展,导致土体抵抗外界荷载的能力不断降低;在荷载作用下,土体通过颗粒集聚体形态和排列形式的调整变化,逐步向稳定的承载形式过渡,使变形向逐渐减小的趋势发展;颗粒集聚体和孔隙的变化是相互关联的。     

凝灰岩遇水分解过程微细观结构参数敏感性分析

为了研究凝灰岩遇水分解过程微细观结构参数，确定描述分解过程的敏感指标，开展了微细观结构试验和微细观结构参数敏感性分析。首先采用微细观结构试验方法测定原状未分解和不同分解时间的凝灰岩的微细观结构参数，然后利用敏感性分析方法研究各微细观结构参数对分解时间的敏感性。结果表明:随着分解时间的增大，颗粒的圆度值越来越小，颗粒分布分维数越来越大，孔隙度逐渐增大，孔隙分布分维逐渐增大，欧拉数逐渐减小；在遇水分解过程，颗粒的形状趋于圆形的程度降低，颗粒团聚的程度降低，颗粒凌乱化程度增大，岩石结构愈加松散，凝聚趋势减弱，宏观上表现为岩石的强度降低；颗粒分布分维和孔隙分布分维对分解作用时间不敏感，不利于测度分析变化情况，而欧拉数过于敏感，微小的分解时间变化将带来较明显的欧拉数变化，指标分析结果容易产生较大的误差，因此可选用孔隙度作为凝灰岩分解过程的敏感指标。     

固化剂固化疏浚土的渗透性与微观机理研究

用水泥和石灰等胶结剂及激发剂构成的固化剂对上海市横沙岛东滩的疏浚土进行改良,在不同养护龄期和固化剂掺量的条件下,用自配固化剂对岛区疏浚土进行了渗透试验。分析了固化疏浚土的渗透系数与固化剂掺量、养护龄期之间的关系, 得到了疏浚土渗透系数在不同固化剂掺入比和龄期下的变化规律。结果表明:固化疏浚土的渗透系数随固化剂掺量和龄期的增加而明显变小,但在同一龄期下,当固化剂掺量继续增加时,其渗透系数变化不大。并利用电镜扫描(SEM)对不同固化剂掺量和不同龄期下的固化疏浚土的微观结构进行观测,获得了疏浚土固化前后的微观结构SEM图,结合SEM图对疏浚土固化前后的微观结构变化做了定性的对比和分析,从固化疏浚土微观结构中发现固化疏浚土中含有水化硅酸钙(C-S-H)、氢氧化钙晶体、无定形文石、钙矾石等能够填充孔隙的胶结物,并从微观上解释了固化剂固化疏浚土的固化机理。     

从微细结构方面解释某黏性土压缩特性的差异

利用土体微细结构光学测试系统对黏性土在压缩过程中微细结构变化进行了定量分析研究,提取并分析相关微细结构特征参数。研究表明,从微细观角度来看,黏性土的压缩性主要受3个因素影响:土体颗粒自身形态的变化、土体颗粒排列方式的变化以及土体孔隙形态的变化。     

有机磷农药污染黄土的强度及微观特性研究

为研究农药污染土的力学特性,开展了有机磷农药(草甘膦、草铵膦)不同含量、压实度、含水率、养护龄期条件下黄土的无侧限抗压强度试验,并对试样进行了微观结构分析。结果表明：污染黄土无侧限抗压强度随农药含量的增加而减小,草甘膦与草铵膦两种农药影响效果相似。污染黄土无侧限抗压强度随压实度和养护龄期的增加而增大,随含水率的增加而减小且逐渐趋于平缓。通过微观结构分析发现,农药侵入土体并未改变土中的矿物成分,而是吸附于土中的黏粒矿物上,与矿物层间离子发生反应,从而降低了层间的支撑作用,使得土体颗粒更为破碎,土中大孔隙增多、颗粒排列更加分散导致了土体强度的降低。     

干湿循环作用下原状黄土渗透性及其对土-水特征曲线的影响

为评估干湿循环作用对原状黄土水力特性的劣化效应,对甘肃Q₃黄土进行了4组不同干湿循环路径下的饱和渗透试验与土-水特征测试,分析土体饱和渗透系数和土-水特征曲线随干湿循环次数、循环幅度和下限含水率的变化规律。结果表明：原状黄土饱和渗透系数劣化度与干湿循环次数间关系可采用双曲线函数进行描述,6次循环后劣化度变化趋于稳定;土体饱和渗透系数劣化度随循环幅度增大而线性增大,随下限含水率增大而线性减小。V-G模型对干湿循环下黄土的土-水特征曲线拟合效果良好,模型参数θ_s、α、n变化幅度较小,而参数θ_r随循环次数增加呈指数下降趋势。依据试验结果建立了考虑干湿循环3参数的饱和渗透系数劣化模型与土-水特征曲线模型,并对土体非饱和渗透系数进行了预测分析。     

养护龄期对二灰土工程特性的影响试验研究

二灰土已作为一种廉价的建筑材料广泛应用于交通、土建工程中,但在工程实践中对二灰土的工程性能还缺乏足够的认识.通过室内试验,分析了养护龄期及配合比对二灰土的强度特性的影响.试验表明,二灰土的工程性能随龄期的增加而改善,在90 d内最为明显;在石灰含量一定时,强度随粉煤灰含量增加而增大,同时配合比为1∶3∶6的强度具有最高的增长幅值,并且它的初期强度相对较高,压缩性较低.以配合比为1∶3∶6的90 d强度作为标准强度较为合理,这对施工有一定的实际意义.     

北疆某工程膨胀土的力学特性及微观机制试验研究

北疆某工程穿越膨胀土区域,自运行以来发生多次滑动破坏,为深入探讨其破坏机理,通过对膨胀土进行室内直剪、压缩、渗透及扫描电镜试验,从宏观角度分析其力学特性,微观上揭示其物理机制。宏观分析表明：随含水率增加,黏聚力降低,内摩擦角呈先增后减趋势,在最优含水率时达到峰值;随干密度增加,黏聚力增加,内摩擦角呈逐步增大的趋势;随含水率增加,稳定孔隙比呈下降趋势,表明土体的压缩性增强;随干密度增加,初始孔隙比减小,稳定孔隙比趋于定值。电镜扫描结果显示：随固结压力增加,土体的结构类型由絮凝结构逐渐向紊流和层流状结构演化,孔隙数量与大小均下降,颗粒聚集效应明显,膨胀土压缩性降低;膨胀土在低固结压力下渗透性较强,在较高压力（200～1 600 kPa）下较小,渗透系数量级为10-6～10-8,与孔隙比呈正相关,可用幂函数的形式表达;随固结压力增加,松散堆积结构转变为紧密结合的层流状结构,孔隙面积减少,渗透系数显著降低。     

废旧轮胎颗粒水泥混合土土工特性研究

砂土或黏土中加入废旧轮胎颗粒和水泥,可对土体进行改良,增加稳定性,提高强度和耐久性,同时可降低造价等,如用作路基或挡墙填料,或用作海岸涂层材料等,具有广阔的应用前景。对添加轮胎颗粒后的混合土进行了系列试验研究,以探讨混合土的土工力学特性。结果表明:养护龄期、轮胎颗粒和水泥含量对混合土无侧限抗压强度有较大影响,随轮胎颗粒含量减小,混合土渗透系数随之减小,CBR值(加州承载比)相应增加,剪切模量随之增加。试验表明,混合土用作改性土工材料其力学性能优良。     

基于孔隙尺寸的粗粒土渗透系数计算方法研究

基于颗粒极限堆积状态下的平面孔隙直径和土体粒径组成,采用颗粒随机抽样组合获得了土体各孔隙直径百分含量,并进一步得到了土体最密实和最疏松状态下孔隙直径累计分布曲线CSD-D、CSD-L。通过土体实际相对密度的线性内插方式获得了土中孔隙直径累计分布曲线CSD-R,并得到相应平均孔隙直径Dmc,根据粗粒土渗透试验结果建立了渗透系数K与Dmc关系的经验公式。研究表明:CSD-R曲线同时考虑了颗粒级配和密实度对土中孔隙尺寸分布的影响,所确定的经验公式近似满足多孔介质渗流理论中渗透系数与渗流孔隙呈二次正相关性的规律。对比相关试验结果认为,该方法具有较高准确性,适用于不均匀系数Cu7且有效粒径d109.6 mm的粗粒土渗透系数估算。     

土体孔隙分形模型及其与土体渗透性关系的研究

土体颗粒和孔隙分布直接影响土体渗透性大小。文章引入分形几何理论,基于土颗粒粒度的分维系数和球形土颗粒的假设,确定了单位体积土体中土颗粒的总数以及孔隙的总表面积,进而建立土体孔隙比表面积分形模型。该模型包括的四个参数可由实验方法确定。实例分析结果证明,土体的渗透系数随孔隙比表面积增大而逐渐减小,这与渗流分析结果一致。验证了模型的合理性和可行性,为土体渗透性的研究提供了一种新的方法。     

土石坝心墙应力变化对渗透系数的影响研究

试验和现场监测均表明,土石坝心墙的渗透系数并非是一个常数,而是随着其应力状态和密度的变化呈一定的空间分布。一般而言,心墙土在填筑过程中渗透系数的空间变化因自重荷载大小而产生,密度大的下层土渗透系数小于上层土;不同应力状态下,渗透系数也有一定规律。根据某土石坝心墙土料的等向压缩试验确定心墙各高程处的实际密度,基于该土料在不同密度条件下的渗透系数试验成果,确定各高程处心墙的实际渗透系数。考虑上述土料渗透系数的空间变化后,开展心墙孔压、应力状态的有限元数值模拟。将该结果与常规心墙采用单一渗透系数的计算方法对比发现,考虑心墙渗透系数的空间分布,能够更合理地反映心墙的实际孔压分布和应力状态。     

饱和土的变渗透系数固结理论及其合理性验证

饱和土体的固结过程伴随着土骨架的压缩和孔隙水的排出,其孔隙比及渗透系数随固结过程不断减小,但当前的Biot和Terzaghi固结理论均没有考虑固结过程中孔隙比及渗透系数的变化。这种处理方法对于压实土地基的固结过程来说,计算结果与实际相差甚微,但对于孔隙比很大的欠固结软黏土层、尾矿堆积层以及淤地坝库区的固结沉降来说,计算结果与实际过程的差异则会很大。首先建立土体固结过程中孔隙比与体应变的关系式,再利用渗透系数与孔隙比的关系式建立了渗透系数与体应变的关系式,最后利用弹性力学的几何方程得到渗透系数与单元位移的关系式。将这一关系式代入Biot固结理论,即得到变渗透系数固结理论,并在COMSOL中实现了求解计算。理论分析和数值计算表明：变渗透系数固结理论能够反应固结过程中因孔隙比减小造成的孔压消散缓慢、沉降速率降低的客观现象;土体初始孔隙比越大,体应变越大时,修正的渗透系数对固结过程的影响越大;渗透系数的减小只影响固结过程,不影响固结计算的最终结果。     

基于压汞法的改良土渗透特性研究

为探讨改良剂(水泥、固化剂)对土壤渗透性及微观孔隙分布的影响机理,以平原水库粉质黏土为研究对象,采用渗透试验和压汞试验,对改良土的渗透系数及微观孔隙进行研究。结果表明:固化剂使孔隙体积变小,降低改良土的渗透系数,但并非呈线性减小关系;当掺量为2%时,水泥和固化剂之间产生较大的抑制作用。固化剂速凝,可明显缩短施工周期,为工程抢修提供新的发展方向。水泥对改良土渗透性影响最大,随着水泥掺量增加,土体内部由大孔隙向小孔隙过渡。当龄期超过7d,土体渗透性降幅较大,大孔、中孔含量减少,微孔、极微孔逐渐增多;该研究建立了渗透系数与大孔、中大孔孔隙率的函数关系,为改良土作为防渗材料的稳定性分析提供理论依据。     

基于孔隙水分布的非饱和土SWCC及相对渗透系数预测模型

相对渗透系数与土水特征曲线(SWCC)是研究非饱和流的重要参数,利用毛细管系统研究渗流已经成为研究相对渗透系数的重要方法之一。在用毛细管系统代替土孔隙的假设上,基于杨-拉普拉斯方程和分形理论,对传统的毛细管系统含水量模型作出改进,考虑非饱和孔隙的含水量,提出一个预测非饱和土相对渗透系数的模型。利用4组试验数据对提出的相对渗透系数预测模型进行验证,用均方根偏差(RMSD)评测试验数据与预测数据之间的误差,结果表明4组数据的RMSD均＜0.025,说明该模型具有预测非饱和土相对渗透系数的实际意义。     

化学淤堵作用下尾矿砂孔隙分布及渗透特性试验研究

对石板沟尾矿库调研采样,分析尾矿砂表面化学元素并确定钙离子为造成该库化学淤堵的主要元素.添加氯化钙溶液改变尾矿砂中的钙离子含量,采用渗流试验装置及核磁系统观测不同溶液浓度和水力梯度作用下尾矿砂孔隙分布、孔隙率和渗透系数的时序变化规律,分析其影响因素.结果表明:核磁共振系统能准确地获得尾矿砂在不同条件下的孔隙率和孔隙分布...     

考虑非饱和区影响的土石坝渗流有限元计算

传统的有限元饱和渗流计算往往把渗透系数取作定值,而实际上非饱和土渗透系数呈非线性函数关系,与体积含水率、孔隙水压力密切相关.基于饱和-非饱和土渗流计算模型与原理,本文考虑渗流场非饱和区对堤坝渗流的影响,对某土石坝进行了渗流有限元计算与分析.算例结果表明,应用该思想与方法计算土石坝渗流,可以获得较为准确合理的渗流场计算结果.     

孔隙液体对透明土渗透特性影响对比试验

针对熔融石英砂与混合油、溴化钙及蔗糖等孔隙液体制配成的3种透明土试样,开展渗流液体与孔隙液体一致或者不一致两种情况下的常水头渗透试验,测得透明土材料在不同孔隙液体、粒径及相对密实度等情况下的渗透率,以及水在3种透明土试样中的渗透过程;并与福建标准砂相关试验结果进行了对比分析。进而开展透明土试样电渗可视化模型试验,初步探讨孔隙液体、渗透率等因素对电渗过程与机理的影响规律。试验结果表明,透明土试样渗透特性不仅与粒径分布、相对密实度等因素相关,而且与孔隙液体种类相关;混合油、溴化钙溶液制配成的透明土渗透率与天然砂土渗透率最为相近。     

原状黄土冻融过程渗透特性试验研究

通过对西安Q_3原状黄土在冻融作用下的电镜扫描和三轴渗透试验,研究了原状黄土冻融过程渗透特性变化机理及规律。试验表明:冻融过程中由于土体内部冰晶生长及冷生结构形成导致原状黄土微观结构发生显著变化,融化后的黄土在一定程度上增大了渗透性;基于图像处理软件,计算得到孔隙面积比随冻融次数增加呈指数增加趋势,反映出冻融作用一定程度上破坏原状黄土结构强度,使土体渗透性增强,但多次冻融后结构强度和渗透特性趋于稳定。冻融过程试样表面产生不规则裂缝,且含水率越高,土体表面特征破坏越严重,是渗透性增强的主要原因。渗透系数随围压增大呈指数下降趋势,且高围压时渗透系数差异较小;渗透系数随初始含水率增加近似呈抛物线变化规律,但高围压下渗透系数与初始含水率抛物线变化规律不明显;渗透系数随冻融次数增加近似呈指数增加趋势,但低含水率试样渗透系数变化幅度较小。基于试验数据规律性,进一步得到了考虑围压、初始含水率及冻融次数影响的西安Q_3原状黄土渗透系数多变量预测模型。