等参元在饱和-非饱和路基水分场数值计算中的应用

采用四边形等参元研究建立饱和-非饱和路基水分场的有限元算法。以往的研究只给出了应用三角形单元时的路基水分场有限元计算方法,而三角形单元精度较低。从能量守恒的原理出发,采用Galerkin加权余量法推导得到四边形等参元来分析渗流问题的有限元格式。进一步基于Jacobi矩阵转换及Gauss数值积分,确定了该方法中刚度矩阵的元素计算式,并给出了容量矩阵及其元素表达式。该方法考虑了土体各向异性以及渗透系数与坐标轴不重合等情况,是非饱和土瞬态渗流分析的一般形式。进而通过算例说明四边形单元在分析具有对称性的问题时精度优于三角形单元。最后通过对路基水分场的计算得到了在连续降雨条件下路基饱和区扩展规律,验证了该方法的适用性。     

黄土非饱和入渗规律原位试验研究

土体中的水呈饱和状态渗流时,其渗流状态比较简单;但若呈非饱和状态渗流时,其流速、流向随时间和空间在土体中的状态却比较复杂。而这些正是进行湿陷性黄土增湿、减湿沉降计算时需要知道的问题。通过黄土非饱和入渗规律原位试验对其进行了探讨,结果表明:在非饱和入渗时段内,土体各深度上饱和度随时间的变化呈近似线性关系,浅层土非饱和入渗时间随土深度的变化短期内也呈近似线性关系;黄土的浸润角略大于 30°。     

非饱和土渗流-变形耦合的数值分析

基于一维非饱和土的渗流-变形控制方程,采用Flex PDE(Partial differential equation)软件对该耦合方程组进行求解分析.该方法突破了解析法对非饱和土导水系数函数的特殊限定,适用于任意的土-水特征曲线表达式;还可考虑到饱和时的渗透系数以及孔隙率是变量.与解析解相比,该数值解表现较高的精度,...     

降雨对非饱和黄土边坡含水量变化规律分析

首先确定了非饱和黄土的土-水特征曲线和渗透系数-基质吸力关系曲线及其参数,进一步通过非饱和渗流计算,研究了降雨对非饱和黄土边坡含水量的影响.揭示出坡高对边坡土体含水量分布影响较小,但边坡含水量增大区域随坡高的增加而增加.坡度越陡,降雨引起的坡体浸润区深度增加越大,不利于边坡稳定.土体干密度增加,降雨增湿区域变小,边坡稳定性较好.随初始含水量增加,降雨入渗区域和区内土体含水量增加.降雨历时越长,入渗深度不断增加,边坡土体湿软区不断增加,对边坡稳定性影响较大.在干旱半干旱地区,土体含水量较少,降雨入渗时边坡浸润区大小和含水量都增加缓慢,有利于边坡抵抗降雨入渗;在湿润地区,土体含水量较高,降雨入渗时边坡浸润区大小和含水量都增加较快,不利于边坡抵抗降雨入渗.     

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。     

高速铁路黄土改良路基沉降数值分析与研究

西延铁路扩能改造工程穿越大量黄土地区。故结合实际情况,对西延铁路路基土黄土分自重阶段、施工阶段和运营阶段改良前后的性质以及对工程形态的影响进行有限元模拟研究,并对数值分析的结果进行总结和分析,从而为工程的建设提供积极的参考意见。     

管沟渗水下的黄土地基水分场数值分析

基于实际工程管沟漏水的情况,考虑黄土地基土体初始含水量、孔隙比、管沟内积水压力等因素影响,给出了二维非饱和黄土地基管沟入渗的有限元计算模型,确定了模型参数,并编制软件对管沟渗水下的黄土地基水分场进行了计算分析.结果表明,土体孔隙比越大,初始含水量越大,入渗速度越快,地基增湿区域越大,但随着增湿区域的增大,入渗水量扩散作...     

堤坝饱和-非饱和渗流的数值分析

本文介绍了堤坝渗流分析的一种新方法--饱和-非饱和渗流的数值分析。本方法是根据饱和-非饱和渗流规律建立的数学模型,将堤坝内饱和区与非饱和区耦合在一起,构成整体的分析模型。应用有限差分法编出程序,上机计算。计算与试验对比表明,无论是上游水位骤升还是突降,两者基本上一致。自由水面线、等水头线以及等压线的分布情况都是合理的,具有良好的规律性。     

基于非饱和土理论的公路黄土边坡稳定性研究

结合豫西山区公路黄土边坡,采用非饱和土分析方法,以室内试验获得的黄土物理力学性质指标及土水特征曲线为输入参数,利用数值方法研究了坡度、坡高、气候参数等因素对非饱和黄土边坡湿度场分布和孔压场分布的影响规律,分析了各工况对公路非饱和边坡稳定性的影响,为黄土地区类似工程的边坡治理和安全防护提供参考。     

Q2黄土的非饱和直剪试验研究

改进了后勤工程学院研制的国内第一台非饱和土直剪仪,升级为四联非饱和土直剪仪。四联非饱和土直剪仪极大的缩短了试验时间,提高了效率。利用该仪器研究了原状、重塑非饱和Q2黄土的抗剪强度特性。试验结果表明,在试验研究的吸力范围内,原状、重塑Q2黄土的凝聚力均随吸力线性增加,内摩擦角随吸力的变化较小,可以认为是一常数;吸力摩擦角较大,说明Q2黄土的抗剪强度受吸力变化影响较大,也即受含水率变化影响较大。原状Q2黄土的抗剪强度大于重塑Q2黄土,随着吸力增大,结构性增强。     

湿陷性黄土路基常见病害及处治

针对黄土的不良工程地质特性,对黄土路基中出现的陷穴、基底沉陷、路堤坍塌、边坡滑溜等常见病害进行了分析探讨,并对路基病害产生的原因进行了研究,提出了防治路基病害的有效措施,以提高路面的使用性能和耐久性。     

球形蒸汽源增湿非饱和黄土水热运移规律试验研究

非饱和土中的水-汽-热耦合运移是一个受多因素影响的复杂过程。利用重塑非饱和黄土填筑模型,通入一定压力的高温水蒸气,研究蒸汽压梯度、温度梯度和含水率梯度共同作用下重塑非饱和黄土中的热湿迁移规律,并利用模型试验边界条件,解得球形蒸汽源增湿非饱和黄土时水热运移主控方程的一组特解。结果表明：球形蒸汽源在非饱和黄土中运移时,水分和温度的迁移范围近似于椭球体。水蒸气沿径向运移时,随着蒸汽压逐渐消散,运移速率降低,温度传导速率减小。蒸汽压较大时,增湿速率、增湿范围和增湿程度都将增大;在有效增湿范围内,土体含水率在11%～17%间变化,接近土体的最优含水率,增湿效果较好;高温水蒸气在土体中的传热包括高温蒸汽传热和温度梯度引起的热传导,有效增湿范围内主要以高温蒸汽传热为主,温度迁移速率属于快速迁移阶段。有效增湿范围外以温度梯度引起的热传导为主,属于缓慢迁移阶段;实测值和计算值对比发现,代数显式解析特解能较好地反映试验中土体温度和含水率的变化规律。研究结果可为非饱和黄土中水热迁移和蒸汽增湿技术提供理论参考。     

黄土路基变形特性的试验研究

针对黄土路基的变形问题,通过室内压缩试验研究初始含水率、压实度及外荷载对压实黄土的变形的影响,得出了黄土压缩变形和湿陷变形随初始条件改变的变化规律,分析结果表明:路基黄土的初始含水率在一定的范围内才能同时满足压密变形和湿陷变形量都相对较小;适当地增大黄土的压实度有利于减小黄土的工后沉降量;外力是影响黄土变形的最重要的外在因素,外荷载在一定范围内增大会导致黄土变形量的增大。     

细粒式钢渣改良黄土路基研究

为实现钢渣的全粒度应用及提高利用率,小于等于3mm的细粒式钢渣可作为黄土路基稳定材料使用。设计对照组水泥稳定黄土和石灰稳定黄土,并通过无侧限抗压强度和CBR承载比评价,以确定细粒式钢渣稳定黄土的可行性和最佳掺量。结果表明,随着钢渣掺量增加,钢渣稳定黄土的最大干密度增大,最佳含水率减小。石灰稳定黄土最佳含水率最大,钢渣稳定黄土最小。钢渣稳定黄土的无侧限抗压强度随钢渣掺量增加而增大,10%钢渣掺量的无侧限抗压强度大于3%水泥稳定黄土和6%石灰稳定黄土。水泥稳定黄土CBR承载比远大于钢渣稳定黄土和石灰稳定黄土,且黄土膨胀量最小,最大仅为0.14%,钢渣稳定黄土膨胀性最大,且随钢渣掺量的增大而增大,最大为1.2%。10%钢渣稳定黄土CBR大于6%石灰稳定黄土,10%钢渣膨胀量小于6%石灰稳定黄土,大于7%石灰稳定黄土。10%钢渣掺量可替代6%石灰掺量稳定黄土路基,综合分析选择10%作为最佳细粒径钢渣稳定黄土掺量。     

非饱和黄土的三维有效应力

以杨凌非饱和黄土为对象进行了真三轴试验 ;根据笔者的非饱和土有效应力新表达式提出了三维应力状态下有效应力参数的确定方法 ,并计算出相应的有效应力与应变之间的关系曲线。     

三轴应力状态下非饱和黄土试验研究

对原状、重塑非饱和黄土进行了常规三轴试验,深入分析和探讨了非饱和黄土在三轴条件下的变形特性和基质吸力的变化规律,结果表明：含水量和围压是影响非饱和黄土变形特征的主要因素,含水量对基质吸力起控制作用。     

湿陷性黄土铁路路基病害整治技术研究

对湿陷性黄土铁路路基病害产生的原因和防治办法进行了分析,结合工程实例介绍了劈裂压浆法整治路基病害的工程应用,实践证明：劈裂压浆法作为一种路基病害的整治技术可以达到较好的工程效果。     

黄土地区土桥的水稳定性分析

为研究土桥的水稳定性,采用有限元软件模拟土桥在边坡坡脚积水与不积水情况下的变形。经过对比分析发现,在自身重力作用下,两种情况中土桥内部的土体都表现为向中心线和向下移动,但坡脚积水时的变形要比不积水的情况大得多。最大横向位移均发生在边坡中部,同时挤压下部土体向右边界移动,边坡积水时这种现象更加明显,表现为横向位移在数量上相差一个数量级。结果表明水对土桥的破坏性很强,加强土桥的排水系统设计与施工是很必要的。     

基于不同渗透持时的非饱和黄土渗透系数预测分析

首先通过渗透试验和压力板仪试验获得不同渗透持时的黄土的土水特征曲线,在此基础上利用van Genuchten模型对土水特征曲线进行拟合,最后利用拟合参数结合van Genuchten渗透模型进行不同渗透持时的非饱和黄土渗透系数预测分析。研究发现,随着渗透持时的增加,非饱和黄土的渗透系数一直在减小,减小幅度超过50%。渗透持时相同的条件下,非饱和黄土渗透系数随着体积含水率的增加而增加,且在接近饱和状态时,增加的幅度开始减缓。结合扫描电镜试验结果发现,黄土渗透系数减小的重要原因系由于随着渗透持时的增加,黄土中大孔隙减少而中小孔隙增加造成。