饱和软黏土渗透特性及对一维大变形固结影响

 通过室内渗压试验对广州南沙饱和软黏土在不同固结压力和不同渗透压力下的渗透特性进行系统研究,分析影响土体渗透性的各种加卸荷条件;归纳渗透系数与固结压力、渗透系数与孔隙比的经验关系;揭示了软黏土的渗透规律和渗透破坏特征。在试验成果分析基础上,根据大变形固结理论中以位移为控制变量的物质描述方程,进一步研究初始渗透系数对大变形固结的影响以及在软土地基大变形固结计算中考虑压缩系数和渗透系数的非线性的必要性和合理性。     

活性MgO碳化固化土的渗透特性研究

碳化固化法是一种低碳搅拌处理软土的创新技术,碳化反应生成的产物能有效降低固化土的孔隙率。在已有研究的基础上,着重研究碳化土的渗透特性,以利于其工程应用。采用室内渗透试验,系统研究了活性MgO掺量、碳化时间、初始含水率和CO_2通气压力对MgO碳化粉土和碳化粉质黏土渗透系数的影响规律,并与相同固化剂掺量、相同初始含水率下水泥固化土的渗透系数进行了对比。结果表明:活性MgO碳化土的渗透系数随MgO掺量的增加而降低,与相同掺量下水泥固化土的渗透系数处于同一数量级;MgO碳化粉土的渗透系数明显大于碳化粉质黏土的渗透系数;当MgO碳化粉土和粉质黏土碳化6.0 h时,相应的渗透系数达到最小(10-6);通气压力对MgO碳化土的渗透系数影响不大,在通气压力为200 k Pa时渗透系数较小。因此,活性MgO碳化土具有与水泥固化土相近的抗渗性能,有良好的推广应用前景。     

水泥混合土渗透特性试验研究

水泥土抗渗性能直接影响地连墙帷幕止水效果,其渗透系数受土质影响显著。论文针对细砂、粉质黏土和黏土开展不同组合配比条件下的混合土质水泥固化土渗透性能试验研究。结果表明,混合土质水泥土抗渗性能介于细砂质水泥土与粉质黏土质水泥土之间,其渗透系数受渗透性较强土质的影响更为明显。     

容县花岗岩风化土渗透性及其渗透模型研究

渗透性会对土体工程地质特性与力学行为产生较为重要的影响,渗透系数作为土渗透性强弱的定量指标,不仅综合反映了水在土体孔隙中流动的难易程度,同时也是进行渗透计算时必须用到的一个基本参数,要对渗透系数进行理论估算相当困难。以容县花岗岩风化土为研究对象,取原状土样与压实重塑土样进行渗透试验和压汞试验,通过对容县花岗岩风化土的渗透性进行研究,将已有渗透模型与宏观参数建立联系,将微观模型与压汞试验数据进行结合,提出改进渗透系数估算模型。     

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,得出钙质软泥的系列渗透规律。结果表明:钙质软泥的渗透系数约为10~(-6) cm/s,且不随水力梯度的变化而变化,存在初始水力梯度;固结历史对钙质软泥渗透性有较大影响,在孔隙比相同的条件下,未经固结的土样呈现出更低的渗透性能;钙质软泥的渗透系数随固结压力的增大而减小,减小幅度不超过一个数量级;随着孔隙比的增大,钙质软泥的渗透系数也相应增大,两者呈非线性关系,"lg[k_v(1+e)]-lg e"模型拟合效果较好,为适用于钙质软泥的最优非线性渗透模型;钙质软泥的渗透系数随孔隙液NaCl浓度的增大而减小。     

低固结压力下土–膨润土防渗墙填料渗透和扩散系数测试

渗透和扩散是污染物在防渗屏障中迁移的重要方式,当前对低固结压力下土–膨润土防渗墙渗透系数和扩散系数测试是否必须采用柔性壁渗透仪、是否必须对试样进行固结尚无统一看法。按土–膨润土防渗墙施工工艺制备填料,使用柔性壁渗透仪测试了30,50和100 k Pa有效固结压力下填料渗透系数,进行刚性壁土柱渗透–扩散试验测试了10 k Pa固结压力下填料渗透系数和扩散系数,基于加速沥出试验原理提出快速测定高塌落度填料有效扩散系数的透析试验方法。柔性壁渗透试验结果表明,填料流入和流出渗透系数均随水力梯度增大而增大,存在起始水力梯度,柔性壁渗透试验的起始水力梯度在6.82~8,随固结压力由30 k Pa增至100 k Pa,渗透系数由5.21×10~(-8)降至3.78×10~(-8) cm/s。10 k Pa固结压力下,刚性壁渗透–扩散试验测得起始水力梯度为5.67,渗透系数为7.14×10~(-8) cm/s,试验不存在侧壁渗漏,填料中Cl~-有效扩散系数为3.12×10~(-6) cm~2/s。透析试验填料未经固结,测得有效扩散系数为4.45×10~(-6) cm~2/s。掺入6.02%膨润土后,粉土渗透系数降低约4个数量级,有效扩散系数仅降低约一半,扩散将是膨润土系防渗墙中污染物迁移的主要方式。     

重金属Cu~(2+)污染土渗透特性试验及微观结构分析

研究重金属Cu2+离子的侵入对土体渗透特性的影响。以人工配置的CuCl2溶液作为渗透液,采用三联式柔性壁渗透仪在室内开展两种工况下污染土渗透试验,分别考虑围压和渗透污染液浓度对土体渗透性的影响。试验结果表明,配制的CuCl2溶液浓度保持恒定时,渗透液无论采用纯净水还是CuCl2溶液,土体渗透系数均随着施加围压的增大而减小,但是相同围压作用下CuCl2溶液作为渗透液,测得土体的渗透系数小于纯净水作用的渗透系数,并且随着围压的增大,渗透系数的减小量呈现出逐渐缩小的趋势,直至围压超过500kPa后流体特性对土体渗透性的影响不大。施加围压相同而渗透液浓度不同的情况下,土体渗透系数随着CuCl2溶液浓度的增加先急剧减小随后则逐渐增大。微观结构分析结果表明,CuCl2溶液作为渗透液时土体渗透系数与纯净水渗透存在差异的主要原因是缘于重金属Cu2+改变了黏土的内部结构,影响了黏土的孔隙大小,从而造成了宏观渗透性的差异。     

粉质黏土冻土三轴强度及本构模型研究

通过对南京典型粉质黏土10℃冻土在不同围压、固结方式、应力路径条件下的三轴试验,分析不同因素对三轴强度影响,结果表明：最大轴向偏应力随围压增大而线性增大,且重塑粉质黏土冻土的最大轴向偏应力随围压的增大速度大于原状粉质黏土冻土的增大速度;固结方式对内摩擦角影响较大,对黏聚力影响不大,先等压排水固结再冻结试样强度会大幅度提高;强度和弹性模量受应力路径影响,其中常规加载应力路径强度及弹性模量要大于卸载应力路径强度及弹性模量;基于Duncan-Chang模型建立考虑围压影响的冻结粉质黏土本构模型,参数a、b与围压呈负相关,获得原状粉质黏土以及先等压排水固结再冻结、先等压不排水固结再冻结和先冻结后固结重塑粉质黏土的破坏比均值分别为0.87、0.89、0.93和0.87。     

饱和高庙子膨润土的渗透特性

在核废料深层地质处置工程中,膨润土的渗透特性是需要考虑的重要因素之一。对浸水饱和的高庙子钙基膨润土压实试样进行压缩试验,利用时间平方根法测定压缩试验中每级荷载下的固结系数,然后用太沙基一维固结理论计算土的饱和渗透系数。试验研究表明:在弹塑性阶段,计算所得饱和渗透系数随竖向应力的增大而减小,在双对数坐标下,计算渗透系数与竖向应力呈线性关系;孔隙比对渗透性起着主导作用,在半对数坐标下,计算渗透系数随孔隙比的减小而线性减小,由该线性关系得到的某一孔隙比下的计算渗透系数与公开发表的相同孔隙比的高庙子钙基膨润土的渗透系数接近。研究结果及相关文献证明应用固结理论方法间接推算膨润土饱和渗透系数的方法是可行的,该方法适用于低渗透性黏土的饱和渗透系数的量测。     

渗透时间对水泥改良土力学特性的试验研究

为了研究水泥改良土的强度及渗透性,针对沈阳地区的粉质黏土开展水泥改良粉质黏土强度及渗透性的试验研究。结果表明,水泥改良土的抗压强度随养护时间的增加而增大,增长趋势为对数函数;水泥改良土的抗压强度随着渗透时间的增加而降低,降低趋势为指数函数;水泥改良土渗透系数随着渗透时间的增加而增大,增长趋势为对数函数,建立了水泥改良土抗压强度随养护时间和渗透时间以及渗透系数随渗透时间变化的回归曲线方程。     

冻结状态青藏粉质黏土的渗透系数测量研究

粉质黏土在青藏高原多年冻土地区广泛分布,为了充分认识其在冻结状态下的渗透性质,开展了一系列渗透试验测量了在-0.6℃~0.1℃条件下含水率为50%的青藏粉质黏土的渗透系数。结果显示:在高负温区间内,冻结粉质黏土的渗透系数处于8.22×10~(-11)~7.19×10~(-9) cm/s之间;另外,渗透系数与土温之间呈现出幂函数关系,土温越接近于0℃,渗透系数增大越快;冻土的渗透系数表现出随着未冻水体积含量的增加而快速增大的趋势。渗透性的存在可测意味着高温冻土在外荷载下会存在固结作用。     

水力梯度对黏土渗透性影响的试验研究

渗透性是土体的重要工程性质之一,其受孔隙率、颗粒粒径及流体性质等诸多因素影响,但通常认为与水力梯度无关。现采用研制的刚性壁固结渗透装置,对经不同固结压力固结的黏土试样,进行先逐级施加水压、后逐级卸除水压条件下的固结和渗透试验。试验结果表明,水压加载时,受渗透力的影响,孔隙比和渗透系数均随水力梯度增大而减小,理论分析验证了递增水力梯度下渗透系数测试值变化趋势的合理性。水压卸载时,孔隙比不变,但渗透系数随水力梯度减小而继续减小,主要与颗粒堵塞和弱结合水相关,水力梯度较大时弱结合水处于流动状态,水力梯度递减后,弱结合水处于黏滞状态,孔隙导水能力下降,渗透系数降低,基于试验数据的线性拟合式显示降幅可达初始值的一半。     

荷载与水位波动耦合作用下粉土的固结性状研究

利用自制的试验装置,对上海地区粉土试样进行了荷载与水位波动耦合作用的固结模型试验。实测了粉土试样的变形、土压、孔压变化情况。并在固结变形稳定后,取样进行了固结—渗透联合测定试验,分析了荷载与水位波动耦合作用下粉土试样的固结变形和渗透特性。试验结果表明:粉土试样的固结变形集中在荷载与排水耦合作用阶段,并随排水量的增加而线性增大;在荷载与水位波动耦合作用下,粉土试样的固结程度提高,孔隙比减小,渗透特性有所降低。研究成果对沿海城市的地面沉降预测具有重要参考价值。     

应力状态下含黏粗粒土渗透变形特性试验研究

含黏粗粒土的渗透变形问题是水电工程中常见的渗透稳定性问题之一。对于含黏粗粒土来说,黏粒含量、颗粒级配及应力状态是影响渗透变形最重要的3个因素。为研究应力状态大小对含黏粗粒土渗透变形特性及临界水力梯度的影响,利用大直径渗透变形仪加载系统,完成了侧限条件下某含黏粗粒土在0.1,0.3,0.6,0.9 MPa铅直应力作用下的渗透变形试验。试验结果表明：不同应力状态下黏粒含量值的大小直接影响到含黏粗粒土的渗透变形破坏类型;试件中附加应力值越大,产生渗透变形时的临界水力梯度也越大。通过对渗透变形试验过程中渗透系数的演化过程研究,提出了利用渗透系数与水力梯度关系曲线的突变关系来判断临界水力梯度的新方法。     

一种含气软土固结渗透联合试验装置的研制及初步应用

针对海洋含气软土存在的不良特性,在现有装置的基础上开发出适合含气土固结渗透联合测定试验的装置,实现了固结试验中排出流体的的水气分离,并有效解决了密封性及活塞与试样容器的摩擦等问题。通过新装置完成了含气土的固结渗透试验,获取了含气量、固结压力、变形量、渗透系数等数据。试验结果呈现的含气软土固结及渗透特性与预期相符、规律性较好,初步检验了仪器性能的可靠性。     

冲击荷载作用后土压缩性状的室内试验研究

在侧限条件下,对粉砂和两种不同饱和度的粉质粘土进行冲击试验和冲击后的高压固结试验,研究冲击产生的压密、冲击后的压缩曲线和压缩指数、冲击形成的前期固结压力及其与冲击能的关系。结果表明,相近初始密实度下,低饱和粉质粘土密实效果最好;冲击后近饱和粉质粘土基本不形成超固结,低饱和粉质粘土形成明显的超固结,冲击形成的前期固结压力随着冲击能增大而增大;冲击后土的压缩指数与冲击能相关性不大。     

砂质黏性紫色土渗透特性试验研究

土的渗透特性反映土体透水能力,是土壤水蚀模型的重要参数和评估水土流失效应的重要指标。利用多功能三轴仪对重庆地区典型砂质黏性紫色土进行模拟自然界下不同降雨强度和不同覆土深度处的渗透试验,分别研究了渗透压、围压及覆土压力等因素对土体渗透特性的影响规律。结果表明:试验范围内的不同渗透压下砂质黏性紫色土的渗透系数处于相同数量级;围压对土体的渗透系数有显著的影响,但随着围压逐渐增大,土体渗水能力的降低梯度逐渐减小;覆土压力增加,土体的渗透系数减少,相同状态下围压越小,覆土压力对土体渗透系数的影响效果越明显;随着覆土深度的增加,砂质黏性紫色土的渗透系数迅速降低。研究可为地基处理、滑坡机理分析及水土流失防治设计等提供参考。     

压–剪耦合条件下黏土渗透特性的试验研究

利用一种新研制的土体扭转剪切渗透试验装置,研究黏土在压–剪耦合条件下渗透特性的变化规律。结果表明,当前固结压力与前期固结压力的相对大小决定着黏土剪切变形前后渗透系数和渗透稳定性的变化趋势。当固结压力大于试样的前期固结压力时,剪切面在剪切过程中发生压紧现象,没有产生明显的渗透弱面,试样总体渗透系数随着剪应变的发展略有减小。当固结压力小于试样的前期固结压力时,试样处于超固结状态,剪切面在剪切过程中逐渐发生剪胀破裂从而出现渗透弱面;在稳定渗流条件下渗透弱面具有自愈特性,但是自愈后的渗透系数显著增大。高固结压力下的正常固结试样剪切后的渗透稳定性没有显著变化。低固结压力下的超固结试样的渗透稳定性显著降低,其渗透破坏的形式为水头骤升条件下的水压楔劈效应将渗透弱面劈裂,进而产生裂缝冲刷破坏。     

粗粒土渗透变形特性的细观数值试验研究

为深入探究渗透变形对粗粒土渗透特性的影响,基于室内粗粒土渗透变形物理试验成果分析,利用颗粒流软件PFC3D对粗粒土的渗透性演化全过程进行细观数值仿真试验。数值试验研究成果表明:随着试验水头升高,试件中的细小颗粒从渗流"上游区"向"下游区"逐渐迁移、汇聚,形成渗透挤密区;渗透挤密现象的产生导致试件整体渗透系数减小;随着试验水头持续升高,渗透挤密区中的细颗粒在不断增加的渗透力作用下随水流被陆续带出,渗透系数逐渐增大。颗粒迁移导致原有孔隙增大,土骨架结构发生变化,进而导致粗粒土渗透性越来越大,最终形成渗透变形现象。细观数值试验方法可以较好地再现粗粒土的渗透变形过程。     

海洋环境中不同龄期的镍渣-水泥复合固化土抗渗性研究

为了研究侵蚀时间对海洋环境中镍渣-水泥复合固化土渗透性的演化规律,本文采用加压型渗透装置对镍铁渣粉水泥固化土进行抗渗试验,研究固化土在不同浸泡龄期条件下抗渗性能的变化规律。研究结果表明：早龄期时海洋环境对水泥固化土的抗渗性能影响较小,其渗透系数与清水环境的渗透系数基本一致,而28d龄期后海洋环境下水泥固化土的抗渗性能大幅度降低,且随龄期增长而降低。然而将镍铁渣粉掺入到固化土能缓解海洋环境对其抗渗性能的劣化,并得到40%的较优掺入值,研究成果可为水泥固化土长期渗透特性提供参考。