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。     

用非饱和土渗透理论分析降雨对边坡稳定的影响

对非饱和土渗流及强度理论进行了简要介绍,结合工程实例分析了降雨对边坡的影响机理,模拟出了边坡孔隙水压力瞬时分布,将基质吸力引入稳定性计算中,提供了一种评价降雨对边坡稳定性影响的定量分析方法。     

土–水特征曲线对非饱和砂土抗剪强度的影响

因非饱和土的剪切试验设备成本比较高,通过间接手段估测非饱和土抗剪强度的方法日受欢迎,其中通过土–水特征曲线进行估测的方法最为普遍。通过修正传统毛细模型,结合概率统计学理论,为通过土–水特征曲线估测非饱和土抗剪强度的计算方法提供理论依据,并提出相关数学表达式。对比公式的估算值和现有文献的试验数据,发现估算值和试验数据基本吻合。此外,还发现很多文献中土–水特征曲线试验土样和非饱和土剪切试验土样并不在同一应力状态,如果忽略这样的应力状态差异,会增大估测的误差。因此,建议对传统张力仪或压力板试验的土–水特征曲线进行相关修正后再用以估测非饱和土抗剪强度。     

非饱和土的土水特征曲线

土水特征曲线是解释非饱和土工程现象的一项基本的本构关系,土-水特征曲线特性的研究,有助于解决工程实践中非饱和土的试验研究既费时又费力的问题.上海地区的软土地层虽然常年地下水位较高,但对于地下工程施工过程中的降水作业区、地下水面以上的路基堤坝、以及沿江近海地段的因潮汐等引起的地下水位波动带等,非饱和土仍大量存在.在上海软土地区开展非饱和土的研究,同样具有重要的实际意义.本文在介绍非饱和土特征曲线的基本特征的基础上,对上海地区软土的土水特征进行了分析研究.     

不同深度非饱和土的土水特征曲线试验研究

采用简易蒸发法对合肥市大房郢水库土石坝不同深度的原状土进行土水特征曲线试验研究,并利用Van Genuchten模型对试验结果进行拟合,综合考虑了不同深度处土样的颗粒组成、初始含水率、初始干密度和初始孔隙比对土水特征曲线的影响。研究表明：(1)同一土质不同深度的土样,随着深度的增大,初始含水率、初始干密度增大,初始孔隙比减小。埋藏较深的土样土水特征曲线出现在埋藏较浅的土水特征曲线的上方,较深的土样具有较大的饱和体积含水率。(2)埋藏较深的土样土水特征曲线的空气进气值较大,相应的土水特征曲线的斜率也较小。土样的初始含水率越高、初始干密度越大、初始孔隙比越小,进气值就越大,特征曲线就越缓。(3)水分蒸发量随时间近似线性增加,埋藏较深的土样水分蒸发速率较慢,埋藏较浅的土样水分蒸发速率较快。(4)不同深度土样在初始阶段基质吸力变化速率较快,随后变化速度有所减缓,埋藏较深的土样吸力变化速率较慢,埋藏较浅的土样吸力变化速率较快。     

降雨入渗对非饱和土边坡稳定性的影响

研究降雨入渗对边坡稳定性的影响规律。采用有限元法进行非饱和土边坡的二维非稳态渗流计算,考虑基质吸作用利用极限平衡法进行非饱和土边坡稳定安全系数计算,进而通过算例计算,分析了降雨过程中及降雨之后,边坡内孔隙水压分布、潜在滑裂面位置以及边坡稳定安全系数的变化情况。着重分析了降雨强度和降雨持续时间的影响,并特别注意分析降雨结束后的边坡稳定性。算例表明某些情况下边坡安全系数最小值出现在降雨之后的数小时或数天,而非降雨的过程中或降雨刚刚结束之时。     

降雨入渗对边坡稳定影响的实例分析

以东江-深圳供水改造工程金湖泵站左岸边坡为例，分析影响边坡稳定的主要原因是地层岩性软弱，地区降雨量大，降雨入渗边坡后无法排出，聚集在混凝土防护层下，土体吸水软化，强度降低，导致坡面附近安全系数降低，边坡失稳。采用线弹性有限元及Mohr-Coulomb屈服准则进行土体应力、应变和破坏接近度计算，结果表明，边坡开挖后在自然状态下基本稳定，但随着降雨入渗边坡深度的增大，边坡坡面附近破坏接近度不断提高，破坏范围逐渐增大，边坡将町能由局部破坏发展为整体滑动破坏。     

变形对土水特征曲线影响规律模拟研究

建立预测土水特征曲线随变形变化规律的模型是研究变形对非饱和土渗透系数影响的基础,它也可为建立考虑水力和力学耦合的非饱和土本构模型奠定基础。以概率论为基础,通过引入孔隙尺寸分布函数,建立了土中的平均孔隙半径与孔隙率之间的函数关系,并以此为基础得到了一个能够模拟孔隙率对土水特征曲线的影响规律的经验模型。通过计算和试验结果的对比分析,验证了这一模型的合理性。     

不同覆土压力下砂质黏性紫色土的土–水特征曲线研究

使用Geo-Experts高级型应力相关土–水特征曲线压力板仪对重庆砂质黏性紫色土在不同覆土压力下(0,40,100,200 kPa)的土–水特征曲线(soil-water characteristic curve,SWCC)进行了研究;采用双应力变量广义土水特征曲线模型对试验数据进行分析.研究发现:①在覆土压力和吸力...     

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     

全吸力范围内固化土的土–水特征曲线试验研究

由于降雨–蒸发、水位升降等原因,固化土作为人工填土或路基材料等进行资源化利用时其含水率常处于周期性变化状态,对其持水特性的研究具有较强的理论和工程应用价值。目前有关固化土的土–水特征曲线(SWCC)的研究较少,尚未得到全吸力范围内统一、明确的固化土的土水特征曲线以及固化土的持水特性规律。采用压力板法、滤纸法、蒸汽平衡法3种试验方法,测量吸湿与脱湿2种不同路径下全吸力范围内固化土的土–水特征曲线。结合电镜扫描试验和压汞试验,对不同水泥掺量固化土的土–水特征曲线以及持水特性进行分析研究。试验结果表明：随着水泥掺量的增加,固化土的孔隙分布更加均匀,土颗粒之间大孔隙逐渐减少,孔隙体积变小,固化土的持水能力提高。固化土在脱湿与吸湿路径下的土–水特征曲线具有明显的滞回现象,随着水泥掺量的增加,水化产物增多,土颗粒团聚体表面粗糙度变大,固化土的滞回效应愈发明显。     

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。     

不同初始孔隙比土体进气值及土–水特征曲线预测

建立不同初始孔隙比条件下土–水特征曲线预测方法是进行非饱和土水–力耦合研究的基础,因而具有重要的研究意义。为此,以分形理论为基础建立了不同初始孔隙比下进气值预测方法,分析了不同初始孔隙比条件下分维数近似不变的规律,在此基础之上,利用土–水特征曲线分形模型给出了不同初始孔隙条件的土–水特征曲线预测方法,试验结果表明提出的预测方法较为合理。     

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...     

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。     

非饱和土的理论土-水特征曲线

基于热力学理论建立了规则等直径圆球土颗粒之间的弯液面方程,运用迭代法对这一高度非线性方程组进行了求解,进而确定了理论意义上的基质吸力。文中考虑了基质吸力的作用面积,提出了等效基质吸力和广义土-水特征曲线的概念。分析表明,饱和度为0时等效基质吸力为0,随着饱和度的增大,等效基质吸力逐渐增大,并在某一饱和度处达到最大,此时土的强度最高。针对等直径土颗粒松散排列方式进行了具体计算与讨论。计算表明,与基质吸力相比,等效基质吸力随饱和度的变化并不十分显著,而无论基质吸力还是等效基质吸力均随颗粒空间排列间隙的增大而迅速减小,由此所得到的两种土-水特征曲线强烈地依赖于接触角的变化。     

盐渍土土水特征曲线的研究

通过对以洛阳黄土加NaCl配成的盐渍土物理性质分析,利用压力板仪对不同含盐量、不同干密度、不同含水量的盐渍土在不同压力条件下的基质吸力和含水率关系进行试验研究,并根据试验结果,绘制盐渍土的土水特征曲线,进行比较,分析其变化规律,得出结论：（1）基质吸力随着含水率减小而增大;（2）土水特征曲线有交叉现象出现,即不同条件的试样基质吸力相同;（3）干密度对盐渍土基质吸力影响不大;（4）含盐量对盐渍土的基质吸力有一定的影响。     

高庙子膨润土的土水特征曲线

近年来，用于高放废物深地质处置工程屏障的高压密膨润土越来越受到关注。经过全国范围内的比较和筛选，内蒙古兴和县高庙子膨润土矿床被确定为我国高放废物处置库缓冲材料的首选矿床。采用渗析法和水汽平衡法来控制吸力技术，通过上水特征曲线测定试验、环境扫描电镜和乐汞试验，研究高庙子高压密膨润土在不同吸力下的持水特性及其微观结构特征。利用压汞试验结果推算膨润土在恒体积条件下的土水特征曲线，并与实测数据进行比较。研究结果表明：在不同吸力作用下，膨润土的持水特性与其微观结构之间有着密切关系。     

降雨/蒸发对膨胀土边坡稳定性影响研究

为深入研究降雨/蒸发作用对膨胀土边坡稳定性的影响,本文将改进的二维渗流模型与极限平衡分析法相结合,计算分析降雨、蒸发两种不同类型的气候作用下试验场地膨胀土边坡体内的渗流场变化及边坡的稳定性;结合试验边坡的现场监测资料,论述了膨胀土边坡的失稳机理。本文的研究表明:持续降雨引发土体吸力降低、强度衰减、有效应力降低并在坡脚处首先达到极限平衡状态;蒸发作用使浅层土体含水量降低,吸力增加,但同时也出现的收缩作用将产生裂隙而折减土体强度且增强渗透性,但土体内吸力的大幅提高则起主导作用。本文的研究成果将有助于分析评价膨胀土边坡在遭受干湿循环作用下的长期稳定性。     

论裂隙对膨胀土边坡稳定的影响

人们早就知道膨胀土具有多裂隙的特点,也知道它影响边坡的稳定;但怎样影响,严重程度如何,并未清楚认识,在膨胀土边坡设计施工的各环节中并没有充分考虑裂隙影响,以致膨胀土边坡失稳事故仍时有发生。对此作深入研究实有必要。笔者曾发表裂隙开展对强度指标影响的试验成果,提出考虑裂隙影响的边坡稳定分析方法和用土工膜限制裂隙发展的加固方法。在此基础上,本文进一步论述了膨胀土裂隙的产生机理与发展过程,结合膨胀土边坡失稳实例探讨了裂隙所起作用,解释了裂隙开展与膨胀土边坡失稳特征的联系,论述了换土加固方法之所以有效主要在于它限制裂隙开展等。上述各点,从不同的角度论证了多裂隙性是膨胀土边坡易于失稳的关键,是其不同于其它黏性土坡的根本;提出要在膨胀土边坡的分析、计算、施工和处理等各环节都考虑裂隙影响,形成系统理论。