细粒迁移及组构变化对黏土渗透性影响的试验研究

为进一步探究水化学环境下土体渗透性的变化规律及作用机理,对饱和重塑压实黏土样在不同水化学条件及渗流路径下进行了一系列变水头渗透试验,分析了不同浓度的NaCl溶液在不同渗流路径下对饱和黏土渗透性的影响。结果表明：不同干密度试样的渗透性随浓度增加展现出较大的差异,干密度为1.40 g/cm³时,渗透系数呈先升后降,而干密度为1.50 g/cm³时,渗透系数不断降低;逆转渗流方向,试样渗透系数发生突变;孔隙盐溶液浓度周期性变化,试样渗透性不可逆。基于核磁共振（NMR）分析技术,测试了土体内部孔隙结构分布随孔隙盐溶液浓度的变化。最后基于上述试验结果从细粒迁移产生的孔隙堵塞效应和组构改变引起的孔隙封闭效应两个方面,解释了孔隙盐溶液浓度变化对黏土渗透性的影响。     

水力作用下贵州红黏土基本物理力学特性试验研究

为了深入了解贵州红黏土的物理力学特性及其相应机理,对通过物理特性试验、直剪试验对贵州地区红黏土的基本物理力学特性进行了研究。研究结果表明贵州红黏土具有典型的反剖面特性,红黏土强度的发挥很大程度上依赖于粒间较强的铁质胶结;随着含水率的增大,红黏土强度指标呈现有规律的递减趋势;随着深度的增加,红黏土的强度呈现先增大后减小的趋势,呈现明显不同于其他土类的性质。通过研究,旨在为红黏土地区的工程设计和建设提供科学依据。     

城市生活垃圾的气体渗透性试验研究

采用填埋场钻孔获得的垃圾样,用自制导气试验装置,测试垃圾的气体渗透系数,分析孔隙比、饱和度和垃圾组分对气体渗透性的影响。测试结果表明:所测试垃圾的气体渗透系数为(10-8～10-5)m2.Pa-1.s-1量级,固有渗透系数为(10-13～10-10)m2量级。垃圾试样的孔隙比、饱和度和组分均对气体渗透性均有显著的影响。当垃圾组分和饱和度(Sr=0%或40%)给定时,气体渗透系数随孔隙比(e=1.5～3.0)增加呈指数递增;当试样组分和孔隙比(e=2.0)给定时,气体渗透系数与饱和度呈双线性关系,其分界点所对应的饱和度(Sr=50%)略低于该垃圾田间持水量所对应饱和度值;当饱和度高于该界限值时,气体渗透系数随饱和度增加呈指数递减,而在低饱和度阶段,气体渗透系数受其影响相对较小。在控制试样孔隙比与饱和度均相同的特定条件下,气体渗透系数随填埋龄期(t=0～11 a)的增加而增大。     

基于有效孔隙比的黏性土渗透系数经验公式研究

 粗粒土的渗透系数可由与渗透性能相关且较易量测的常规参数估算,研究黏性土的类似经验公式具有重要的理论意义。首先考虑结合水膜对黏性土渗透特性的影响,定义了黏性土的无效孔隙比和有效孔隙比的概念,利用黏性土的稠度界限指标液限、渗流的起始水力坡降和双电层参数3种方法,推导了无效孔隙比和有效孔隙比的计算公式,然后对常用的粗粒土渗透系数经验公式进行修正,得出了适用于黏性土的渗透系数经验公式。最后选取泾阳黄土、南海软黏土和科威特盐渍土的相关物理参数,分别代入粗粒土和黏性土的渗透系数经验公式中,得到渗透系数的计算值,将其与室内试验的实测值进行对比,验证了黏性土渗透系数经验公式的合理性。在比较分析了渗透系数经验公式及3种有效孔隙比计算方法的优缺点后,推荐采用稠度指标法修正的柯森–卡门和斯托克斯经验公式作为黏性土渗透系数的计算公式。     

弱胶结结构性软黏土力学特性的试验研究

对取自不同地区的两种弱胶结结构性软黏土原状(undisturbed)样、重塑(remolded)样和泥浆(reconstituted)样进行了单向压缩和三轴剪切试验,分别得到土样的压缩曲线和应力–应变曲线。试验结果表明:原状样的压缩曲线为陡降型曲线,而不同制样土样的压缩曲线存在明显的差异;由于孔隙比和孔径分布对土体抗剪强度的综合影响,不仅导致相同围压下三轴剪切时孔隙比不同的重塑样和原状样强度差异较大,且孔隙比相近的不同土样的强度也存在不同程度的差异;若同一孔隙比下,两种软黏土的不同制样土样的强度关系均为原状样的强度最高,重塑样的强度最低,并可通过相近孔隙比下孔径大于0.2μm的孔隙体积量和孔径分布均匀性可合理地解释3种制样土样强度高低的关系。由于不同制样土样的孔径分布的差异不会随固结压力的增大而消失,用参考孔隙比e_(10)~*,简单表示土的孔隙比和孔径分布(即组构)参数,对压缩和剪切试验结果进行归一化整理后,发现不同土样的试验结果可归一化为相关度高的e/e_(10)~*-σv曲线和e_f/e_(10)~*-qf曲线,证明结构屈服应力后,不同土样变形和强度差异主要是由孔隙比及孔径分布(即组构)的不同引起的,用参考孔隙比e_(10)~*简单表示土的组构参数是有效的。     

淤填黏土铺盖裂缝大变形固结试验研究

Gibson的一维大变形固结理论存在很大的局限性,为符合特定的需求,不断对Gibson理论进行修正。本文针对黏土铺盖裂缝的淤填处理问题,对渗压作用下的淤填黏土的固结机理进行了研究。首先,推导出有限应变渗压固结理论模型,再基于有限应变固结理论分别推导出以超孔隙水压力和孔隙比表示的有限应变渗压固结偏微分方程,并通过设计模型试验模拟了裂缝处淤填固结的全过程,同时对理论模型和固结偏微分方程进行了验证,最后以模型试验结果为依据指导了现场试验。     

泥浆压滤处理技术理论分析及试验研究

钻孔桩废弃泥浆处理已成为城市建设过程中的面临的重要难题之一,压滤技术作为一种新型的处理方式取得了很好的效果。为了探究压滤过程中的时间、压力以及最终压滤效果之间的关系,建立了合理的计算模型,经过推导给出压滤公式,并通过现有数据对公式的正确性进行了验证。通过对压滤公式中的参数以及变量的分析,说明：增加压力有利于压滤的快速完成,但当压力超过一定值以后,对压滤时间的影响很小;同时压滤压力越大,最终泥饼的渗透系数越小。最后进行了泥浆压滤的室内试验,试验结果进一步验证了所给出的压滤压力、压滤时间以及压滤效果之间的关系。     

渗透吸力对重塑黏土的压缩和渗透特性影响的试验研究

已有研究表明孔隙水盐分对黏土的力学性质有着重要影响,但相关的定量研究仍需进一步深入。以渗透吸力作为宏观参数,将商用高岭土与钙基膨润土的混合土作为研究对象,用不同浓度的NaCl溶液与土混合,进行饱和重塑土的固结试验,探究孔隙水盐分对饱和重塑黏土压缩特性和渗透特性的影响规律。试验结果表明重塑饱和黏土的压缩指数C_c随着渗透吸力的增加而呈指数规律衰减,回弹指数未产生明显变化;在Burland体系下,渗透吸力对曲线初始段有较大影响;而屈服后,压缩曲线可以在I_v-lgσ^’_v分析体系中进行归一化。相同固结压力和孔隙比下,渗透吸力越小,次固结系数越大;次固结系数与压缩指数的比值 C_α/C_c的比值并不为常数,随着渗透吸力的增大而减小。同样的初始孔隙比,比例系数C_k=Δe/Δlgk_v随渗透吸力增加而非线性递减,延拓了Tavenas认为比例系数C_k与初始孔隙比e₀线性相关的认知。     

水泥和粉煤灰加固红黏土的试验研究

单纯用水泥加固某些红黏土地基会存在一些问题,因此考虑采用水泥外加粉煤灰加固红黏土。通过室内试验,测试了具有不同水泥及粉煤灰掺入比、不同龄期的红黏土试块的抗压强度,分析并探讨了水泥和粉煤灰加固红黏土的机理。研究结果表明,固化土试块强度随水泥、粉煤灰掺入比的增大、龄期的延长而提高,并且粉煤灰和水泥对试块早期、中期和后期强度的影响是不同的。     

深部黏土渗透特性试验研究

龙固矿区深部黏土层由于深埋藏、高应力和固结时间长,所以其结构和物理力学性质与浅层黏土有所差异。为研究深部黏土的渗透特性,利用改装后的 SJ-1A.G 三轴剪力仪对龙固矿区第三系黏土进行室内渗透试验。首先研究了渗透系数与轴向应力的关系曲线,通过回归分析法拟合出渗透系数关于轴向应力的函数,总结了深部黏土和浅层黏土在回归系数上的差别;然后进一步研究了深部黏土渗透的各向异性和内在原因;最后得出渗透系数与轴向应变的关系曲线,深部黏土与浅层黏土的区别在于深部黏土没有小斜率延伸段。原因在于高应力下,浅层黏土明显屈服,发生塑性流变;深部黏土屈服不明显,而是发育微裂隙。该研究对深厚覆盖层矿井和深基坑防治水的设计有指导意义。     

压实黏土剪切带渗透特性试验研究

针对中国在建和拟建的300m级高堆石坝心墙黏土(尤其是接触黏土)在大剪切变形、高水头作用下渗透安全性评价的重大需求,采用新研发的土体环剪渗透试验装置对某高堆石坝心墙黏土进行了系列竖向压缩—环向剪切—径向渗流试验,测定了不同压实密度的黏土剪切带在不同竖向压力下导水系数随剪切位移的变化过程,揭示了压实黏土在大剪切变形过程中渗透特性的演化规律、内在机理及影响因素。在高竖向压力下,剪切带在剪切过程中被压缩得更密实,其导水系数在剪切过程中并不增大,剪切带在经历大剪切变形后仍具有良好的抵抗渗流的能力。在低竖向压力下,剪切带内土体破碎、错动、形成空隙,从而导致其导水系数急剧增大。对于所用的黏土,压实过程导致的前期固结压力可以粗略作为判别产生剪切渗漏带的门槛应力值。超固结的压实黏土易产生剪切渗漏带的试验发现,比目前传统的水力劈裂假设可以更好地解释和判别坝体中集中渗漏发生的条件及部位。     

排水沥青路面渗透性与连通空隙率的关系研究

通过室内试验实测了不同空隙率的TPS改性沥青混合料其连通空隙率和横向渗透系数,研究结果表明,沥青混合料的渗水系数和空隙率有较好的相关性,随着空隙率的增大而增大;采用指数函数可以很好地反映横向渗透系数与连通空隙率的关系,可根据回归公式选用不同连通空隙率标准得到相应的横向渗透系数值,从而对排水材料的排水性能进行设计。     

有纺土工织物覆土条件下的渗透特性试验研究

分别配制不同孔隙比的粉砂、标准砂和黏土试样,采用自主研制的一套多功能渗透试验装置,开展了一系列纯土和有纺土工织物覆土条件下的渗透试验,对比分析了这两种条件下渗透系数的差异,并探讨了有纺土工织物与土共同作用下的渗透机理。结果表明,有纺土工织物对于土体渗流略有一定的抑制作用,表现为覆土条件下的渗透系数略小于纯土的渗透系数,但是对于粉砂,当其孔隙比比较大、细砂颗粒的含量相对较多时,细砂颗粒则有可能在渗流作用下通过有纺土工织物孔隙而产生流失,使得覆粉砂条件下的渗透系数略大于纯粉砂的渗透系数。     

Experimental study on the permeability and self-healing capacity of geosynthetic clay liners in heavy metal solutions

Geosynthetic clay liners (GCLs), which have a very low permeability to water and a considerably high self-healing capacity, are widely used in liner systems of landfills. In this study, a series of experimental tests were carried out under complex conditions on typical commercial GCLs from China. In particular, the effects of pH values and lead ions (Pb²⁺) were tested in addition to other factors. The swelling properties of natural bentonite encapsulated between geotextile components in the GCLs were tested first. The swelling capacity was reduced rapidly at pH values < 3 and concentrations of Pb²⁺ >40 mM. Permeability tests on GCLs with different concentrations of lead ions were then performed by using the self-developed multi-link flexible wall permeameter, and data showed that increases in lead ion concentrations greatly improved the permeability. Finally, self-healing capacity tests were conducted on needle-punched GCLs under different levels of damage. Results showed that the GCLs have a good self-healing capacity with small diameter damage holes (2 mm, close to three times the original aperture), but with a damage aperture larger than 15% of the sample area, the self-healing capacity could not prevent leakage; hence, in certain situations it will be necessary to repair the damage to meet the anti-seepage requirement.     

黏土铺盖裂缝淤填固结的理论与试验研究

针对渗透力作用下黏土铺盖裂缝的淤填固结问题,对其固结机理进行阐述。在充分考虑了孔隙比与有效应力、孔隙比与渗透系数的非线性关系条件下,提出了以孔隙比为控制变量的大变形固结微分方程。通过渗透诱发固结试验确定微分方程中的待定系数,该系数综合反映了软黏土初始孔隙比、压缩性、渗透性等随时空变化的影响。采用数值方法求解微分方程,得出了孔隙比在固结过程中随时空的变化规律。采用模型试验模拟了淤填黏土的固结过程并对数值计算结果进行了验证。选择渗漏问题严重的水库进行了现场试验。