非饱和土的土水特征曲线研究

本文分析了影响土水特征曲线的几个重要因素 ,在此基础上进行了大量的对比试验。通过试验 ,对土水特征曲线有了进一步的认识 ,并为土水特征曲线在工程中合理应用提出一些建议。最后 ,给出了一个适合于击实土的土水特征曲线的拟合模型 ,该模型具有简单、实用的特点     

基于土壤物理特性扩展技术的土水特征曲线预测方法

土水特征曲线是模拟水和污染物在非饱和土中运移的重要水力特性参数。但是,土水特征曲线的直接量测方法比较困难。Arya和Paris提出了一种通过粒径分布曲线预测土水特征曲线的模型——AP模型。该模型引入一个转换系数α建立土体假想形态与真实形态之间的联系。但是,现有的推导系数α的方法一方面计算过程过于复杂,另一方面没有全面考虑土的物理特性。基于土壤物理特性扩展技术提出一种新的计算参数α的方法。为了验证新方法,从非饱和土水力特性数据库中选出不同类型的土壤样本,采用新方法分别计算出各类型土壤的参数α。然后,将计算出的参数α用于预测其他土样的土水特征曲线,从而验证新方法计算出的参数α的有效性。还将提出的新方法与其他利用AP模型预测土水特征曲线的代表性方法进行对比,结果显示该方法预测结果更加准确。     

干湿循环对土-水特征曲线影响的预测模型

土-水特征曲线在非饱和土的研究中占有重要地位,目前用来预测土-水特征曲线的模型尚有待完善。引用生物学中的Logistic曲线方程,建立了能够较好预测非饱和土的土-水特征曲线的Logistic模型;并以某滑坡土作为试验土样,完成了3次干湿循环过程的土-水特征曲线;然后采用改进的Logistic模型对巴东滑坡土、南阳膨胀土及厦门残积土的试验数据进行拟合分析,发现Logistic模型可以较好地拟合土-水特征曲线,并建立了模型参数与干湿循环次数的关系,从而提出了一种预测模型,可以根据第1次干湿循环试验数据预测多次干湿循环后的土-水特征曲线关系,同时验证了该模型的适用性。     

考虑干密度和压实含水率影响的弱膨胀土土水特征曲线研究

通过采用常规压力板仪对压实含水率、制样干密度、土样结构等3种因素对非饱和弱膨胀土土水特征曲线的影响进行研究,通过采用Van Genuchten模型、Fredlund-Xing模型,通过最小二乘法对所测土水特征曲线进行拟合,着重分析了土样孔隙结构对土水特征曲线的影响。结果表明,常用的土水特征曲线模型Van Genuchten模型和Fredlund-Xing模型均可较好地对压实膨胀土样和原状样土水特征曲线进行拟合,但对于石灰改性膨胀土Fredlund-Xing模型的拟合效果较好。     

干密度对重塑花岗岩残积土土水特征曲线影响

采用压力膜仪法对深圳市福田区某基坑底部的花岗岩残积土重塑土样进行不同干密度下的土水特征曲线试验,研究不同干密度对花岗岩残积土土水特征曲线的影响,并采用Van Genuchten模型、FredlundXing模型及Gardenr模型进行土水特征曲线拟合,以给工程设计提供参考。试验结果表明:不同干密度对土水特征曲线有显著影响,且主要影响土水特征曲线的过渡段,干密度越大其持水性能越强、进气值越大; 3种模型均可较好模拟花岗岩残积土重塑样土水特征曲线。     

颗粒分析曲线在土水特征曲线预测中的应用

土水特征曲线对于研究非饱和土的强度、渗透以及变形等特性具有重要的意义。根据土水特征曲线与土颗粒累积分布曲线在形状上相似的特点,介绍了由土的粒径分布曲线来计算土水特征曲线的物理经验模型,并进行了实际应用得到试验用土的土水特征曲线,该方法简单方便。     

动态土水特征曲线滞后模型研究

土水特征曲线是描述非饱和土力学特性必不可少的方程,它的最大特点就是存在滞后效应,尽管目前已经建立了很多的土水特征曲线滞后模型,但这些模型都是针对平衡条件建立的.现有的理论和试验研究已经证实,土水特征曲线存在动态效应,与静态土水特征曲线相比,相同的饱和度时,动态土水特征曲线的吸力在干燥过程中要更大,而湿化过程中则更低.为...     

高庙子膨润土—砂混合物土水特征曲线数学模型研究

基于压力板法和水汽平衡法获取缓冲回填材料土水特征曲线,探讨干密度、掺砂率、温度和溶质浓度对缓冲回填材料土水特征曲线模型的影响。遴选出三参数的张虎元模型和四参数的Fredlund and Xing模型可用于拟合我国高庙子(GMZ)膨润土—砂混合物的土水特征曲线,发现吸力值测试范围对模型选取影响很大。干密度和温度与张虎元模型参数具有很好的相关性,而掺砂率和溶质浓度与模型参数的相关性不明显;干密度与Fredlund and Xing模型参数具有很好的相关性,但掺砂率、温度和溶质溶度与模型参数规律性不明显。根据试验数据拟合出的土水特征曲线模型参数与干密度的经验公式,可用来评估处置库运行期材料密度不断变化时的持水特性。     

西安张家铺地区黄土土—水特征研究

利用非饱和土压缩仪对西安张家铺地区原状非饱和黄土进行土—水特征曲线试验研究。在试验中充分考虑到天然干密度和竖向应力对土—水特征曲线的影响。根据试验资料揭示出:在较低的含水量条件下,土—水特征曲线走势比较平缓,而在较高的含水量条件下,土—水特征曲线走势比较陡峭;较小的竖向应力对土—水特征曲线影响较小,而较大的竖向应力对土—水特征曲线影响较大;通过大量试验结果拟合出了考虑天然干密度和含水量影响的原状非饱和黄土土—水特征曲线,用计算值与实测值进行对比,发现拟合效果较好,拟合的土—水特征曲线对实际工程有较好的参考意义。     

动态土水特征曲线滞后模型研究

土水特征曲线是描述非饱和土力学特性必不可少的方程,它的最大特点就是存在滞后效应,尽管目前已经建立了很多的土水特征曲线滞后模型,但这些模型都是针对平衡条件建立的。现有的理论和试验研究已经证实,土水特征曲线存在动态效应,与静态土水特征曲线相比,相同的饱和度时,动态土水特征曲线的吸力在干燥过程中要更大,而湿化过程中则更低。为了描述动态条件下土水特征曲线,首先从热力学的基础理论出发,探讨了动态效应的理论基础,并从熵增不等式中得到了动态的土水特征曲线方程。基于所得方程,利用边界面塑性理论,建立了可以预测任意扫描线的土水特征曲线模型。通过与已有的试验结果进行对比,表明模型可以很好地预测土体在干燥和湿化不同过程中的扫描线变化。所得结果可以用于解释一些实际问题,比如降水引起的沉降和降雨诱发滑坡等。     

玄武岩残积土土-水特征曲线试验研究

利用非饱和土固结仪测得不同竖向应力及干密度下的玄武岩残积土土-水特征曲线,采用Van Genuchten模型对试验所得的土-水特征曲线进行拟合,比较和分析加压固结后,土体干密度、应力状态的改变对其土-水特征曲线的影响。结果表明:VG模型对所得数据的拟合度较高,适合玄武岩残积土土-水特征曲线的建模;竖向应力越大,土体水分越不容易排出,曲线越平缓,进气值、残余含水率与竖向应力呈正相关,当竖向应力超过400 k Pa时,竖向应力的增加对土-水特征曲线的影响减小;随着干密度的增大,残余含水率增大,土体的持水能力增强;竖向应力对土-水特征曲线的影响主要通过改变土体的干密度来实现,而土体应力状态的改变对土-水特征曲线的影响较小。     

基于颗分曲线预测可降解土体土水特征曲线的初探研究

可降解土体的土水特征曲线测试较复杂,文中改进了Arya-Paris模型,通过颗分曲线和孔隙比来预测土体的土水特征曲线,获得的微分形式的计算模型能够应用颗分曲线的连续表达公式预测土水特征曲线,避免了人为划分颗分曲线进行计算带来的较大偏差|针对可降解土体,提出指数形式的颗分曲线计算模型描述降解过程中固相颗粒粒径的衰变。利用上述改进后的土水特征曲线预测模型和可降解土体的颗分曲线计算模型,基于不同龄期城市固废钻孔样颗分曲线的实测数据,对不同龄期城市固废钻孔样的土水特征曲线进行了预测。通过与实测结果对比发现,预测结果能够较好的反映降解引起城市固废持水特性衰变的总体规律,即城市固废持水能力随着龄期的增大而增加。文中理论工作为研究其他类型可降解土体（不同降解模式）持水特性衰变规律奠定了一定基础。     

双孔结构非饱和红黏土土水特征曲线模型

为了真实反映土体内部双孔结构和变形对土持水特性的共同影响,推导建立了考虑变形的双孔结构非饱和土土水特征曲线模型。模型提出以双孔土水特征曲线中的“相接点”作为“双孔”结构非饱和土大小孔隙尺度分界点,并针对不同区间的土水特征曲线分别建立方程。在各分段方程中引入体变参数用来反映不同初始孔隙比下SWCC的变形。采用桂林红黏土压实样,在全吸力范围内开展了土水特征曲线试验,在各级吸力平衡后对土样进行压汞试验,对所建立模型进行验证。结果表明,所建立考虑双孔结构非饱和土土水特征曲线模型对红黏土干化与湿化过程均具有良好的适用性和良好的预测效果,可以反映不同初始孔隙比和不同结构土样在相同水力路径下的水力行为。     

合肥新桥国际机场原状非饱和膨胀土的土水特性研究

土水特性影响并控制着非饱和膨胀土的工程特性。基于扫描电子显微镜试验和GDS非饱和应力路径系统试验,对合肥新桥机场场地原状非饱和膨胀土在失水和吸水过程中土水特征曲线进行研究,并数值反演相应的土水特征曲线、相对渗透系数和土水扩散系数,研究得出工程区域原状膨胀土微结构易于形成微裂隙,吸湿土水特征曲线较失水过程的土水特征曲线存在明显的滞后性。数值分析结果表明,Fredlund模型与实测结果吻合较好,研究结果为新桥机场膨胀土地基处理方案的制定提供了一定依据。     

非饱和重塑弱膨胀土孔隙结构与土–水特征曲线试验研究

为研究压实程度对非饱和重塑弱膨胀土孔隙结构的影响,探讨膨胀土孔隙结构改变对土–水特征曲线的影响。以新疆哈密地区重塑膨胀土为研究对象,采用压汞试验测定压实程度对土样的微观孔隙结构影响,并利用热力学关系模型对膨胀土分形维数进行研究;采用滤纸法试验测量不同初始干密度下重塑土样的土–水特征曲线,提出可考虑压实作用影响的膨胀土土–水特征曲线双参数拟合模型,最后,基于土体孔隙特征,借助毛细管原理计算并结合滤纸法试验数据修正其土–水特征曲线。研究结果表明：随压实程度的增加,新疆哈密地区非饱和弱膨胀土孔隙呈初始三峰状并逐渐趋于双峰状分布,其在微观上表现为大孔隙的压缩引起的大孔隙向小孔隙的转化,孔隙内壁的粗糙程度及孔隙结构的复杂程度提高;土体基质吸力随含水率的增加而降低,相同体积含水率下,土体初始干密度越大,基质吸力越大,双参数模型可较好反映土体初始干密度对膨胀土土–水特征曲线发展规律的影响;基于毛细管原理的土–水特征曲线计算值同滤纸法实测曲线有相同函数模型发展规律,且随试样初始干密度的增加两者呈逐渐“远离”趋势发展;土–水特征曲线修正模型可统一描述非饱和弱膨胀土基质吸力随孔隙结构、含水率及密度状态的发...     

考虑土体体积变化土水特征曲线预测模型研究

目前,大多土水特征曲线的数字模型都只能预测一组试验数据,且没有考虑试样体积变化对土水特征曲线的影响.本文基于土体孔隙毛细管原理,假定孔隙的最大和最小孔径分布呈正态分布,提出一个考虑土体体积变化的土水特征曲线模型,并将模型预测结果与室内试验结果进行对比,验证了模型的准确性;最后,对模型参数敏感性进行分析.     

土水特征曲线在边坡稳定分析中的应用

降雨是诱发滑坡的主要原因之一。土水特征曲线是数值模拟降雨条件下非饱和土边坡失稳的重要模型函数。为探讨土水特征曲线在滑坡预测中的应用,以不同吸力路径和应力状态条件下量测的土水特征曲线作为模型函数,使用Geo—slope计算软件模拟降雨入渗引起的暂态渗流场,然后将计算得到的暂态孔隙水压力分布用于边坡的极限平衡分析。数值模拟结果表明,采用传统的干燥阶段的土水特征曲线是偏于危险的,实际工程中应采用考虑应力状态及干湿路径影响的水力特性参数将更加安全与合理。     

花岗岩残积土的全吸力土—水特征曲线试验及模型研究

为了能便捷准确地估算非饱和土的强度、变形及相应的渗透系数,土—水特征曲线的试验与理论研究至关重要。目前对于土—水特征曲线的测定已有多种试验方法,但无论何种方法,都有着试验周期较长且测量范围有限等缺点。为了能够以便捷方式得到大量存在于江西赣南地区花岗岩残积土的全吸力范围土—水特征曲线,分别采用压力板法(0～0. 4MPa)、滤纸法(0～40MPa)、饱和盐溶液法(3～367MPa)测定不同吸力范围内的土—水特征曲线,通过数据筛选整合成一条全吸力范围内土—水特征曲线,并使用4种常用的土—水特征曲线数学模型,对试验所得的土—水特征曲线进行拟合寻优。研究结果表明:通过对4种数学模型的拟合效果比较分析,VG模型预测江西赣南地区花岗岩残积土全吸力范围的土—水特征曲线与试验数据吻合度最高。本研究对于花岗岩残积土的全吸力范围内土—水特征曲线预测有着重要意义。     

含水合物土体的土水特征曲线及渗透系数

含水合物土的土水特征曲线和渗透系数对分析水合物开采效率和地层稳定性具有重要意义。通过自我改造而成的含水合物土的土水特征曲线的测试装置,测试了含水合物土（黏质粉土和砂土）的土水特征曲线,研究了水合物形成对土体的土水特征曲线的影响规律和机理,并且分析了含水合物土体的非饱和状态下的渗透系数。试验结果分析表明：水合物形成对含水合物土体的土水特征曲线存在明显影响;随着水合物饱和度的增长,可以看到边界效应段明显增大,过渡段土水特征曲线变得逐渐平缓,非饱和残余段对于残余水饱和度更低,但是VG模型仍能有效的描述含水合物土的土水特征曲线;进气值随着水合物饱和度的增加而增大,而残余有效水饱和度则随之减小,这主要是由于水合物形成改变了沉积物内部的孔隙孔径分布特征。在非饱和状态下,由于渗流通道被气体挤占,含水合物土的相对渗透系数随毛细吸力增加而减小,但是在同样的毛细吸力下,越大的水合物饱和度对应的相对渗透系数越小。     

石灰改良黄土土水特征拟合模型及微观特性

黄土地区公路路基和建筑物的地基中往往要设置一定厚度的石灰改良黄土层,俗称灰土层,且该层土大部分处于非饱和状态。为了探究灰土层持水特性和微观特性,利用非饱和土固结仪、滤纸法以及扫描电镜对石灰改良黄土进行土水特征试验和微观试验,研究了不同压实度非饱和黄土的土水特征,基于V-G模型对不同压实度的土水特征模型进行了修正,提出考虑水-压实度耦合下的土水特征模型。同时,分析了不同压实度下石灰改良黄土的微观特性。研究表明：压实度对压实黄土和石灰改良黄土的土水特征曲线有一定影响,随着压实度增大,压实黄土和石灰改良黄土的进气值逐渐增大,持水能力增强。不同压实度的石灰改良黄土的土水特征曲线可以分别统一用归一模型表达,且模型能较好的描述其土水特征。通过扫描电镜试验,从微观结构上验证了压实度对土水特征影响结果的准确性。