非饱和黄土水分迁移规律及迁移量的试验研究

选取西安地区的黄土作为研究对象,在等温条件下对非饱和黄土进行了气态水迁移规律和气、液水混合迁移规律与迁移量的试验研究.基于试验结果,探讨影响水分迁移的因素,对比分析气态水迁移和气、液态水混合迁移情况,进而揭示两者的关系.试验结果表明:含水量梯度对气态水迁移的影响程度较含水量水平高,迁移时间越长,迁移量越大,但是迁移速率会逐渐降低;存在一个含水量界限,当黄土的含水量低于该含水量时,黄土中只存在气态水迁移,液态水迁移可忽略不计;当黄土的含水量大于该含水量时,黄土中同时具有气态水和液态水的混合迁移;同时发现,黄土中气态水迁移量在含水梯度一定的情况下,随含水量水平的提高而增加,但当含水量水平达到一定程度后,气态水迁移量反而减小.     

黄土状水泥土抗剪强度特性研究

为了探索水泥土加固技术对黄土地区的适宜性及可靠性,通过室内试验,对西北地区黄土中添加一定量水泥使其形成黄土状水泥土,研究黄土状水泥土含水量、掺入比、龄期等因素对其力学特性的影响.研究表明,黄土中掺入水泥搅拌后,土的性质得到改善,降低了土的含水量,提高了土的密实度及土的强度;同时,表明黄土状水泥土的水泥掺入比较大时,水泥土的强度随初始含水量增大而增大,但水泥掺入比较小时,只有在某一最优含水量下黄土状水泥土的强度可达到最大值.     

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。     

降雨条件下不同土质非饱和路基边坡响应特性

通过对我国西部2种典型非饱和路基边坡实施现场人工降雨的监测结果表明,随着各次降雨的依次进行,非饱和路基边坡初始含水量逐渐增大,入渗率逐渐减小;非饱和黄土路基边坡的初始含水量状态对应着一个临界降雨量,只有降雨量超过该临界值,边坡才有可能产生径流。降雨强度越大,从降雨开始到径流产生所需的间隔时间越短;非饱和黄土路基边坡的吸力值远大于非饱和土石混合土路基边坡。在试验条件下,压实黄土路基边坡的降雨入渗影响深度在0.3~0.6 m之间,而土石混合土路基边坡降雨入渗影响深度在2.4 m以上。     

酸碱溶液污染对黄土-混凝土界面剪切特性影响试验研究

为研究黄土工程中孔隙水被酸碱溶液污染对土-混凝土界面剪切行为的影响，对不同水化学溶液、浓度和法向应力下重塑黄土-混凝土界面进行系列剪切试验，探讨经历孔隙水酸碱污染下的土-混凝土界面剪切强度、摩擦特征指标等参数的变化规律.试验结果表明：孔隙水化学污染对界面剪切应力-水平位移曲线形态影响较小，均为应变硬化型，曲线形态符合双曲线模型，剪切模量随着水平位移的增大而呈指数型衰减的趋势；法向应力、溶液浓度和种类均对初始剪切模量有影响，随着浓度的增大，HCL溶液下的初始剪切模量减小，而NaOH溶液相反；HCL污染溶液随着浓度的增大，表观黏聚力增大，内摩擦角减小，NaOH溶液则相反，但总体剪切强度均呈现出碱液增强，酸液减弱的趋势.     

水玻璃自渗注浆加固原状黄土效果及评价

针对原状黄土具有大孔隙的特点,对水玻璃自渗注浆加固原状黄土的可行性及加固效果进行研究.通过现场注浆试验,探究了水玻璃自渗注浆加固原状黄土的可行性并初步确定了加固影响范围.通过强度及水稳性试验,发现经自渗注浆加固后的原状黄土强度高、水稳性好.通过室内自渗注浆模型试验,发现自渗注浆半径随土体含水量的增大而减小,随土体孔隙比的增大而增大.对密度、含水量相同的原状黄土和重塑黄土分别进行水玻璃自渗注浆加固,试验结果表明,加固后原状黄土强度远大于重塑土,说明原状土原有的结构及贯通的大孔隙有利于提高自渗注浆效果.室内外试验结果表明,原状黄土经水玻璃自渗注浆加固后其强度和抗变形能力均大幅提高.运用渗流力学推导出自渗注浆柱形扩散公式,在可接受范围内,注浆半径和注浆量其理论计算值与实测值之间的差异分别约为25%和40%.     

非饱和重塑黄土土-水特征曲线与渗透系数模型预测

在分析土-水特征曲线及预测非饱和土渗透系数方法的基础上,以甘肃兰州重塑黄土为研究对象,采用非饱和土固结仪,测定初始饱和度相同、干密度不同的土样的土-水特征曲线,基于拟合效果较好的Fredlund&Xing三参数方程对试验数据进行拟合.以实测的土-水特征曲线为基础,采用Childs&Collis-Geroge预测非饱和渗透系数的模型,计算得到非饱和黄土渗透系数与基质吸力的关系,结果表明:渗透系数随吸力的增大呈非线性减小,两者的关系可用幂函数表示,这为黄土地区土体工程性质的研究和预测,如降雨入渗的边坡稳定性评价、非饱和地基湿陷变形计算等提供了理论支持.     

浅层时序灌溉条件下入渗压力对水分运移的影响

为寻找合适的浅层灌溉方法,采用水平方向和垂直方向的一维压力入渗及再分布实验,研究入渗压力对湿润峰前进速度、入渗率、土壤平均含水量、水分再分布过程中湿润峰前进速度及对干土层厚度的影响.研究结果表明：入渗阶段提高入渗压力增大了湿润峰前进速度、入渗率及平均含水量,其中对湿润峰前进速度和入渗率的影响主要表现在入渗初期;入渗压力对再分布过程湿润峰前进速度没有影响;入渗压力对垂直土柱干土层厚度没有影响;调节入渗压力是调节含水量大小及水分分布形态重要手段,适当地减小入渗压力能避免形成植物所不需要的高含水量区。     

冻融循环作用下膨胀土边坡稳定性模型试验研究

采用重塑膨胀土进行室内边坡模型试验,研究膨胀土边坡在冻融循环作用下边坡模型的位移,土压力,含水率和孔隙压力的变化特性,反应冻融循环对膨胀土边坡稳定性影响.试验发现,冻融循环作用下膨胀土边坡表面裂隙由初始数量较少的直线型长裂隙向数量较多的网络状短裂隙发展,对沿深度方向上的裂隙发育亦存在显著影响.土压力在单次冻融中表现随温度降低土压力增大,反之亦然.边坡在冻融过程中始终表现冻缩融胀,但整体上表现出向临空面逐渐变形的趋势.且单个冻融循环周期内位移变化速率与温度绝对值呈正相关关系.含水率在单个冻融循环周期内呈现随温度降低而降低,温度升高反之,随试验进行含水率在深度方向表现出明显水分迁移现象.孔隙压力随温度降低先小幅度升高后大幅度下降,温度升高孔隙压力先升高后下降.孔隙压力受温度传导速度影响很大.首次冻融对边坡变形、含水率和孔隙压力影响很大,随着试验进行其变化都会趋于稳定.     

大孔隙参数对斜坡非均匀渗流与稳定性的影响研究

为了揭示降雨条件下大孔隙参数对斜坡水分非均匀运移与稳定性的影响,基于两域模型与稳定系数场原理,建立降雨入渗下斜坡非均匀渗流与稳定性求解模型,并借助COMSOL Multiphysics多物理场有限元平台,编制相应的模型求解程序并进行精度验证。在此基础上,以福建省某一典型大孔隙边坡为地质模型,对比降雨作用下均匀流与非均匀流的斜坡体积含水率和点稳定系数分布状况,最后分析大孔隙参数(ωf、μ、rw)对斜坡渗流场及稳定系数场的影响规律。结果表明：相比不考虑大孔隙,考虑大孔隙时基质域和大孔隙域表层含水率分别增长7.7%和降低5.1%,入渗深度分别增长83.3%和150%,边坡浅层失稳面积增大3.9%。基质域和大孔隙域入渗深度均随大孔隙占比ωf的增大而减小;随着大孔隙域与基质域饱和渗透系数之比μ增大变化趋势相反,即μ越大,基质域入渗深度越小,大孔隙域反之;两者与经验参数rw无显著关系。至降雨结束,基质域表层土体含水率已达最大值;大孔隙域则随着ωf和μ的增大而增大,但几乎不受经验参数rw的影响。非均匀流边坡水分交换沿着剖面从上往下分为负交换区、正交换区和无交换区,水分交换平衡深度与基质域入渗深度变化趋势一致。负交换区与正交换区均存在一个峰值,并随大孔隙占比ωf的增大而减小,随着参数μ和rw的增大而增大。不同参数取值下,边坡均为浅层失稳破坏,大孔隙占比ωf和参数μ越大,失稳层深度越大,表层点稳定系数越小。