微电场效应对土体渗透特性的影响

利用蒸馏水和不同电解质离子浓度的孔隙液对饱和人工土进行渗透试验,研究不同矿物成分及离子浓度的极细颗粒土渗流的微电场效应。研究发现：相同固结压力时,孔隙液浓度ｎ越大,固结排水速度越快,渗流的微电场效应越明显,且孔隙液浓度在中段时,土样渗透系数的增长速度较快。粘土矿物成分含量的变化也会导致颗粒表面微电场的改变：高岭土含量较高时,颗粒之间存在自由水而出现“渗孔”,孔隙液浓度增大导致渗透性显著提高;反之,膨润土含量较高时,孔隙液浓度对渗透性的影响不明显。     

重塑高岭土渗透各向异性影响因素

为了研究软土渗透各向异性,以重塑高岭土为研究对象,利用三轴渗流仪对重塑高岭土展开一系列渗流试验,研究电解质类型、浓度及固结压力对软黏土渗透各向异性的影响,并从微观角度解释其作用机理。研究发现：1）高岭土颗粒为扁平状结构,在一维固结下颗粒趋向于垂直于主应力方向排列,重塑高岭土竖向剖面孔隙面积大于水平向剖面孔隙面积,这2个因素共同导致渗透各向异性比（水平渗透系数与垂直渗透系数之比）大于1;2）渗透各向异性比随固结压力增大而减小,主要是因为竖向剖面大孔隙较多,压力作用下竖向剖面孔隙面积减小幅度大于水平剖面孔隙面积减小幅度;3）马来西亚高岭土在高纯水下为絮凝状结构,在盐溶液下为散凝状结构,在高纯水下土体竖向剖面大孔隙较多,而在盐溶液下竖向剖面孔隙和水平向剖面孔隙较为接近,导致在高纯水下测得的渗透各向异性比在盐溶液下的测量结果大;4）在本试验条件下,电解质类型、浓度对马来西亚高岭土渗透各向异性比的影响均较小。     

天然沉积软黏土渗透系数随应力水平的变化规律

以天然沉积温州软黏土为研究对象,进行了一系列的固结渗透试验,探讨天然沉积土压缩过程中渗透系数的变化规律。研究结果表明:天然沉积土由于沉积过程中受到土结构性的影响,存在明显的固结屈服压力,当固结压力小于屈服压力时压缩性小,渗透系数变化不明显;当固结压力大于屈服压力后压缩性激剧增大,渗透系数呈现明显的变小趋势,渗透系数与固结压力的关系与压缩曲线一样存在明显的拐点。基于ln(1+e)与lgσv’以及ln(1+e)与lg kv所呈的双对数坐标系下的线性化分析,提出了压缩过程中渗透系数随应力水平变化的相关关系式。     

堆载-电渗联合作用下双层地基一维固结解析解

实际地基处理中,电渗与堆载预压常常联合使用。然而目前综合考虑堆载和电渗作用的成层地基固结解答较为鲜见。针对现有理论的不足,基于Zhao提出的双层地基中水力渗透系数与电渗渗透系数的关系假定,建立考虑堆载和电渗联合作用的双层地基一维固结方程。利用特征函数法获得瞬时堆载和线性堆载下双层地基一维电渗固结解析解。通过与现有解析解和电渗固结试验结果对比,验证了本文解答的可靠性。基于该解答,详细讨论了土层参数及荷载参数对双层地基固结特性的影响。结果表明：当下层土的渗透性高于上层土的渗透性时,由于电渗作用导致地基中间土层在固结初期流入的水量大于流出的水量,造成超静孔隙水压力在固结初期上升及有效应力在固结初期下降的现象;降低下层土的压缩性能够提高双层地基的沉降速率和超静孔隙水压力消散速率;与单纯电渗固结相比,电渗联合堆载作用不仅能提高地基沉降速率,还能提高固结后的地基强度,更有利于减小工后沉降和加快地基处理速率。     

结构性对黏性土渗透性状的影响研究

利用改进的固结渗透仪,通过对天然沉积软黏土原状样及重塑样进行固结渗透试验,对比分析了压缩过程中天然沉积土原状样与重塑样在同一孔隙比和同一应力水平下的渗透性状。研究结果表明,天然沉积土原状样e—logkv,曲线位于重塑样的右边,但是两者差别不大;原状样的logk,-logoσ’,关系曲线位于重塑样的上方,天然沉积土原状样与重塑样同一应力水平下的渗透系数的比值随着应力水平的增大而先增大后减小,在原状样固结屈服压力时达到最大值。     

饱和黏土非达西渗透特性试验研究

利用改造过的渗透固结仪,通过交叉,进行固结试验和渗透试验,对河南某地饱和黏土在不同固结压力下的渗透规律进行了研究.试验证明,该种饱和黏土中的渗流存在偏离Darcy定律的现象,并可用Hansbo的非线性分段模型来描述.试验结果表明,黏土渗透性与孔隙比呈非线性关系,黏土渗透性随固结压力增加呈现非线性减小.在此基础上分析了相关渗透参数与孔隙比之间的关系.     

三轴剪切过程中软黏土的微观结构及分形特征

土的物质组成和内部结构是决定土物理力学性质的主要因素;当土性质变化时,土中孔隙大小和形状变化最直观.为研究三轴剪切过程中软黏土微观结构变化特征,利用扫描电子显微镜获取了软黏土在不同应变速率和不同应变阶段的三轴固结不排水剪切试验后土试样的SEM图像;计算得到了软土的等效孔径和孔隙（颗粒）分维值.研究表明,该软黏土具有团粒-絮凝结构.试验前后软黏土中的孔隙均以小孔径、中孔径为主,大孔径孔隙分布较少;大孔隙主要存在于原状土和剪切破坏后土样中.剪切过程中存在一个影响孔隙分布随应变速率变化的应变阈值.软黏土具明显分形特征,孔隙分维值为1.891~1.750,颗粒分维值为1.825~1.908;在剪切过程中,颗粒分布分维值增大,孔隙分布分维值减小,孔隙大小和形状变化最显著.     

吹填珊瑚岛礁钙质软泥的渗透特性试验研究

钙质软泥作为吹填珊瑚地基土的一部分,其渗透特性对于岛礁工程的建设具有重要意义.基于GDSPERM全自动环境岩土渗透试验系统对南海某岛礁钙质软泥进行系列固结渗透联合试验,探究孔隙比、固结历史、固结压力、水力梯度和孔隙液离子浓度对钙质软泥渗透特性的影响,并对钙质软泥孔隙比与渗透系数之间的非线性关系进行拟合分析,得出钙质软泥...     

堆载–电渗联合作用下双层地基1维固结解析解

实际地基处理中,电渗与堆载预压常常联合使用。为了解决目前综合考虑堆载和电渗作用的成层地基固结解答理论的不足,假定土体中的渗透流速可由水力坡降引起的渗透流速与电势差引起渗透流速的进行叠加,建立考虑堆载和电渗联合作用的双层地基1维固结方程;利用特征函数法获得瞬时堆载和线性堆载下双层地基1维电渗固结解析解;通过与现有解析解和电渗固结试验结果对比,验证了本文解答的可靠性。基于该解答,详细讨论了土层参数及荷载参数对双层地基固结特性的影响。结果表明：当下层土的渗透性高于上层土的渗透性时,由于电渗作用导致地基中间土层在固结初期流入的水量大于流出的水量,造成超静孔隙水压力在固结初期上升及有效应力在固结初期下降的现象;降低下层土的压缩性能够提高双层地基的沉降速率和超静孔隙水压力消散速率;与单纯电渗固结相比,电渗联合堆载作用不仅能提高地基沉降速率,还能提高固结后的地基强度,更有利于减小工后沉降和加快地基处理速率。     

颗粒形态对粗粒土渗透系数影响的数值模拟研究

土体渗透系数是关系工程稳定性、安全性的关键因素。土体是一种散粒体材料,已有研究多关注颗粒级配、密实度、颗粒大小对渗透系数的影响。为研究颗粒形态这一关键微观特征对土体渗透系数的影响,采用孔隙流体渗流过程数值模拟方法,研究了球形颗粒和多面体颗粒试样的渗透系数。结果表明,颗粒形状越复杂,孔隙形状的复杂程度越高,渗透系数因而越低。多面体颗粒试样的渗透系数明显小于球形颗粒试样,两者比值在35%到50%之间。     

深部薄层煤岩体裂隙-孔隙双渗流模拟研究

结合工程实例,对开滦赵各庄矿14水平(-1 225 m)开拓东大巷揭露的薄层煤岩体渗流演化过程进行数值模拟,通过调节渗透系数,获得了薄层煤岩体裂隙-孔隙双渗流在时间和空间上的孔隙水压变化过程,结果表明:渗流主要发生在充填裂隙143S薄煤层中,且随着渗透系数的增大,地下水体渗透距离增大,而渗透水压减小;143S薄煤层模拟水压过程曲线具有明显的峰值特征和时间滞后效应,而过渡层孔隙水压则不具有这些现象,这与所推导的一维裂隙-孔隙双渗流解答一致;渗透系数在10-8~10-10 m2/(Pa·s)数量级范围内,裂隙水压峰值与其滞后时间呈幂率型相关关系,143S薄煤层渗透系数在10-8 m2/(Pa·s)数量级范围较为切合实际.     

饱和黏性土孔隙性对渗透系数的影响研究

渗透系数作为饱和土的重要参数之一,直接影响着工程的施工和运行,一直受到广泛的关注.利用取自武汉市汉街地区一处建筑工地基坑底部的非饱和黏土,配制了7组不同干密度和均为15.13%的含水率的重塑试样,运用变水头法研究了土体孔隙性对渗透系数的影响.研究表明,该地区非饱和黏土渗透系数随着干密度的增大而减小,随着孔隙比的增大而增大,且明显分为三段,有0.7188和1.037两个特征点.并分析了产生该结果的原因.     

电流变液在灵巧窗中的应用

电流变液是介电颗粒分散于非导电性液体中而成的典型非水悬浮体,在外加电场作用下,具有粘度增大的可逆特性。由于电流变液在外加电场下具有透射率的明显变化,文中提出了电流变液应用于灵巧窗的设想。结果表明,在波长500nm下,外加强度为500·V.mm-1的电场前后,电流变液灵巧窗可逆透射率变化可达42.0%。     

块石颗粒形状对碎石土渗流特性影响研究

碎石土是由不同形状的块石颗粒组成,块石颗粒形状不仅会影响碎石土内部的细观结构,也 会影响其渗流特性．基于碎石土细观结构模型,将不同形状的块石颗粒简化为圆形、正方形、正六边 形和正八边形,分析块石形状对碎石土的渗流特性影响．发现不同形状块石组成的碎石土中水的渗 流量不同,随着孔隙率增大,块石形状对其渗流特性的影响越明显．常水头渗流试验表明：不同形状 块石,渗透系数差异明显,其中规则块石（近似正方体）渗透系数最大,泥岩颗粒（近似多面体）渗透 系数最小．数值模拟试验结果与常水头试验结果二者的规律吻合,说明数值模拟试验结果可靠．     

考虑非Darcy渗流的砂井地基弹黏塑性固结分析

为进一步研究饱和软黏土的砂井固结机制,采用Hansbo渗流方程描述渗流速度与水力梯度之间的非线性关系,同时引入考虑时间效应的统一硬化(UH)本构模型描述土体的弹黏塑性变形,重新推导理想砂井地基固结方程,给出隐式有限差分法求解的离散格式,并编制相应的Fortran计算程序.通过与已有砂井地基非线性固结解析解的对比,证明了求解方法的有效性.随后,探讨UH模型参数及Hansbo渗流参数对砂井地基弹黏塑性固结的影响规律.结果表明:土体主、次固结耦合机制是引起固结初期超孔隙水压力升高的主要原因,而且土体的黏滞性和渗流的非达西特性延缓了固结中后期砂井地基中孔隙水压力的整体消散.另外,在流变固结后期,增大渗透指数将加快固结进程.     

考虑干湿循环影响的残积土μ–CT扫描与渗流模拟

花岗岩残积土广泛分布于中国东南沿海地区,其孔隙结构常因炎热多雨环境引起的干湿循环而发生扩张,改变土体的渗透性能,诱发工程事故。为了揭示干湿循环作用下花岗岩残积土细微观结构与渗透特性的演变规律,对原状样进行0到8次的脱湿–吸湿处理,开展微米计算机层析（μ–CT）扫描试验以获取土体的3维数字化模型,并结合扫描结果与AVIZO软件进行多通道渗流模拟,最后根据试验结果分别从定性和定量角度探究了土体孔隙体积分布与渗透系数的演化规律。结果表明：根据μ–CT扫描的图像结果,花岗岩残积土内部结构被划分为赤铁矿、石英、黏土和孔隙;3维重构模型反映了孔隙结构的扩张与连通模式,孔隙数量和尺寸在干湿循环过程中明显提高,孔隙率和孔隙连通率均与循环次数呈正相关;根据孔隙体积分布曲线可将土中孔隙分为微孔、中孔、大孔和裂隙4种类别,小体积微孔在干湿循环过程中逐渐转化为大体积的连通裂隙;3维渗流模型中的流线数量和分布密度随干湿循环次数增加而明显提高,由渗流模拟计算得到的绝对渗透率和渗透系数也不断增大;渗透系数的计算值总体上与实测值的演化规律相符,说明基于μ–CT扫描结果的渗流模拟可作为评价土体渗透特性的一种辅助手段。研...     

渗透吸力对饱和黏土变形－强度特性的影响

为了解孔隙溶液组分或浓度变化对土体强度特性产生的影响,进行了不同浓度ＮａＣｌ溶液饱和黏土的三轴固结排水剪切试验,结果表明：渗透吸力对黏土的变形－强度特性有明显影响,同一围压下,饱和黏土变形模量值和强度值随渗透吸力的增加并不是单调降低的,而是先降后升。盐溶液侵蚀可以改变黏土的孔隙状态和结构,从而影响剪切过程中变形和强度及破坏时间,认为土体强度除了与土颗粒自身强度有关外,还与土体结构有关。     

论红黏土有效孔隙比的确定方法

红黏土有效孔隙小于实际孔隙,导致传统Ｄａｒｃｙ渗透公式计算值较实际值偏大,研究红黏土有效孔隙比的计算方法对红黏土的渗透系数计算具有重要意义。介绍了稠度指标法、起始坡降法、双电层参数法、饱和土样质量法、结合水含量法、ｍ指数法以及自行推导的击实度法等７种有效孔隙比的计算方法,并分析了其优缺点。计算不同有效孔隙比方法的Ｄａｒｃｙ渗透系数,结合５６组变水头渗透试验结果,验证了有效孔隙比计算方法在红黏土中的适用性。结果表明,应根据红黏土渗透性的大小,选择不同的有效孔隙比计算方法。     

基于分段线性化的泥浆一维电渗脱水模型

为进一步深入探讨泥浆电渗脱水的影响因素,基于分段线性化方法,建立了泥浆一维电渗脱水模型。该模型考虑了电势梯度、孔隙比等因素对泥浆电渗透系数的综合影响,可以描述泥浆的非线性应力应变关系和大变形效应。与相关解析解及室内模型试验的对比结果表明：所提模型分析结果的误差不超过5%。在此基础上,分析了加载电压、压缩指数、电渗透系数等参数对泥浆电渗脱水过程的影响,结果表明：增大加载电压和电渗透系数,可提高最终脱水量和缩短稳定时间;随着泥浆压缩性的提高,泥浆最终脱水量增大、稳定时间延长。     

膨润土对双轮铣水泥土搅拌墙体强度和渗透特性的影响

膨润土浆液常作为地下工程双轮铣水泥土搅拌墙（CSM）的铣削液来改善土体搅拌均匀性和维持槽壁稳定。通过室内试验研究膨润土水泥土试样无侧限抗压强度和渗透系数等特性随膨润土掺入量的变化情况,并结合压汞试验分析掺入膨润土对水泥土微观孔隙特征的影响,探讨掺入膨润土后试样孔隙比的变化与水泥土试样无侧限抗压强度和渗透系数的内在关联。结果表明,掺入膨润土可显著降低水泥固化砂土和粉土的渗透系数;掺入膨润土还能提高无侧限抗压强度,砂土试样的无侧限抗压强度增幅较水泥固化粉土试样更大;固化土无侧限抗压强度和孔隙比与水泥掺量的比值近似呈幂函数关系;膨润土能有效填充孔隙,同时与水泥水化产物发生化学反应,改变水泥土孔隙分布;掺入适量的膨润土可改善水泥土试样承强防渗效果,在固化粉土和砂土试样中膨润土的适宜掺入量分别为5%和2.5%~5%。