封闭气泡对土体渗透系数影响的试验研究

渗透系数是分析土体渗流问题的重要参数,目前获取渗透系数的诸多方法均没有考虑土体中封闭气泡对渗透系数的影响。本文基于室内一维积水入渗试验结果,拟合出土体渗透系数与体积含水量的经验公式,以及仅包含孔隙率n和两个拟合参数的渗透系数与气相饱和度的经验公式,并通过前人试验结果验证了该公式的正确性。     

粗粒土渗透系数计算模型及试验研究

渗透系数是表征土体渗透能力的关键参数,较准确的渗透系数计算模型是研究难点。基于泊肃叶定律,把层流渗流土体等效为细管簇,建立渗透物理模型。根据水头损失细观机制,引入叠合系数,结合Darcy定律推导以孔隙率和等效粒径为基本参数的渗透系数理论计算公式,公式具有严谨的物理意义。对6种单一粒径组粗粒土进行渗透试验,利用试验数据对叠合系数进行拟合分析,得出可用于计算的叠合系数公式。通过渗透系数公式进行计算的结果与试验结果较为一致。为验证本文渗透系数公式的适用性,采用公式对相关文献中的砂性土、混合粗粒土试验数据作计算对比,计算结果与试验实测值接近。本文计算公式在较大粒径范围内比相关文献的渗透系数计算公式准确度有大幅度提高(验证范围为颗粒粒径≤20 mm的混合粗粒土和粒径范围在0.1～5 mm的砂性土),具有较高的准确性和合理性,最后对公式的适用性进行了分析和总结。     

基于广义非线性强度准则下地基承载力的计算

Mohr-Coulomb理论应用于土体分析时的两大缺陷,即未考虑中主应力的影响,也未考虑土体材料的SD效应,因而对于土体材料的潜能未充分考虑。为了考虑上述两种效应,本文基于广义非线性强度准则(GNST)及平面强度理论,推导出了可应用于砂土及粘土类材料的平面应变破坏条件。将上述推导结果应用于地基承载力的计算,推导出了基于GNST准则的地基承载力计算公式。通过与实际载荷试验数据比较,本文计算结果与实验数据吻合较好。表明推导出来的α公式对于计算砂土的强度特性是可行的,同时也可应用于其他平面应变问题有同样的参考意义。     

非饱和土渗透系数的一种测量方法和预测公式

总结了非饱和土渗透系数的各种测量方法和预测模型。在此基础上,提出一种直接测量瞬态渗透系数的方法和预测模型。这一测量方法采用多步溢出法测量土水特征曲线,同时实时测量渗透流量和土样的含水率。在试验过程中,把气压强增量分为两个部分:一部分克服渗透阻力,驱赶水分运动,另一部分平衡静水平衡条件下的表面张力,转化为基质势,从而根据达西定律公式求出瞬态渗透系数。另一方面,利用孔隙水的平衡微分方程,引进雷诺层流理论来解释土体渗透产生的土骨架和孔隙水之间的相互作用力,推导出了非饱和土渗透系数的理论公式,该公式只有一个参数,可以通过讨论不同孔隙率、饱和渗透系数与土水作用力系数之间的关系拟合得到,从而预测出非饱和土渗透系数。通过与试验结果的对比,证实了所提出的测量方法和预测模型的正确性。     

萧山饱和软粘土的渗透性试验研究

0引言土体的渗透系数是表征土体被水透过的能力,是土体基本力学性质之一,同时也是研究土体的非线性固结特性的重要参数之一,许多学者对其进行了研究。根据太沙基固结理论对于单层地基土可以只测定固结系数对其进行分析,对于成层地基情况则不尽然[1,2]。土体的渗透系数可以通过室内渗透试验测定,也可以通过现场渗透试验测定,有时也可采用经验公式估算[3]。由达西定律Q=kiAt,可以通过测定在一定水头差H下某一时间t内流过试样的渗流量Q,或者测定时间t=0时的水头h1与时间t=t’时的水头h2,计算得到土体的渗透系数。另外,可以根据一维固结理论,利用固结试验确定固结系数cv值后由其定义cv=kv(1+e0)/     

基于水下抽水试验的岩体渗透系数研究及应用

 通过分析水下岩体钻孔抽水试验的水力边界条件,运用势场叠加原理,将水力边界条件分解为水平补给和垂直补给2个部分。其中,水平补给原理与陆上承压水钻孔抽水补给原理相同;对于垂直补给部分,通过适当的简化假定,推导出垂直补给钻孔渗流量计算公式,从而得到适用于水下岩体钻孔抽水试验渗透系数计算的理论公式。利用该理论公式计算得出的渗透系数,采用数值方法模拟水下岩体现场抽水试验,计算结果与试验结果比较接近。为便于比较,利用基于陆上岩体抽水试验渗透系数计算公式得到的渗透系数,进行抽水试验的数值模拟。计算结果表明：相比基于陆上渗流理论的渗透系数计算公式,本文的理论计算公式能够更合理、更接近实际地反映水下岩体抽水试验的渗流特性。最后,根据本文渗透系数的计算公式,采用数值方法和经验公式预测某拟建海底隧道工程施工期的涌水量,两者结果比较一致,可为隧道选择设计方案和施工方法提供参考。     

考虑变形效应的非饱和土相对渗透系数模型

 相对渗透系数是土体非饱和渗流分析的重要参数,Mualem统计模型在土体相对渗透系数预测中得到广泛应用。然而,Mualem统计模型假定土体具有刚性的孔隙结构,因而无法反映变形对非饱和渗透系数的影响。笔者最近提出的变形土土水特征曲线模型为基础,建立考虑变形效应的非饱和土相对渗透系数的修正Mualem统计模型。修正模型引入某一饱和度条件下被水充满的平均孔隙半径这一参量,来反映有效饱和度及土体变形过程中孔隙形态变化对其非饱和渗透特性的影响。采用4种不同类型土体的非饱和渗透试验数据对修正模型进行验证。结果表明,修正模型给出的相对渗透系数预测值与实测值的均根误差相比Mualem统计模型减小27%,说明修正模型对于变形条件下土体的相对渗透系数具有更强的预测能力。研究成果为非饱和土渗流规律以及水–力耦合数值模拟等研究提供了更为可靠的理论模型。     

基坑降水设计中潜水含水层水文地质参数计算分析

基坑降水方案设计中常用到的两个水文地质参数是渗透系数和影响半径。本文结合稳定流和非稳定流理论,对潜水完整单井抽水有一观测孔情况下渗透系数和影响半径的求解方法进行了分析和探索,指出了常规计算方法的不足之处,并给出了本文的求参方法。最后,利用西安北客站场地抽水试验资料对上述求参方法进行计算,并与两个观测孔的稳定流公式计算结果进行对比验证,从而证明了本文方法的合理性和经济实用性。     

考虑初始固结状态影响的软基固结计算方法研究

按Terzaghi一维固结理论计算的软基固结过程与实测值存在较大误差,其部分原因是该理论假定固结系数为常数,忽略了初始固结状态和固结过程对渗透系数的影响。根据达西渗透系数公式和柯森–卡门渗透系数公式以及3种固结状态土的e-lgσ关系,推导同时考虑初始固结状态和固结过程中应力状态影响的软基堆载预压过程中的渗透系数预测公式;利用室内固结–渗透试验和已有研究探究预测公式的适用性和可靠性;将预测公式代入固结系数表达式,进而获得考虑初始固结状态和固结过程中应力状态影响的修正的Terzaghi一维固结方程;借助工程应用分析探讨了修正的Terzaghi一维固结方程的合理性。研究发现,预测公式能够快捷准确地预估软基堆载预压过程中的渗透系数变化过程;当上覆荷载较小时,修正的Terzaghi一维固结方程与原方程的计算结果相近;但当上覆荷载较大时,固结过程对土体孔隙比和渗透系数的影响较大,修正后的Terzaghi一维固结方程计算的固结度明显滞后于修正前的计算结果,更符合工程实际。旨在为不同初始固结状态的软基提供一种较为准确的固结计算方法。     

全吸力范围非饱和土水力渗透系数的计算

非饱和土水力渗透系数决定了水分在非饱和土体中迁移的速率,因此非饱和土水力渗透系数是研究水分在非饱和土中迁移规律的关键参数.一般情况,渗流数值计算软件将水力渗透系数方程作为输入参数,水力渗透系数方程的准确性直接影响渗流模拟结果的可靠性.常用的非饱和土水力渗透系数方程大多基于毛细水的相关理论,在低吸力区其计算结果与试验数据...     

Research on the response of concrete cavity shear wall under lateral load

The experimental tests were conducted on the common concrete shear wall and the concrete cavity shear walls. Results indicate that the stiffness and ultimate capacity of the cavity shear walls are reduced and the ductility is improved; reasonable matching can be achieved among the stiffness, ultimate capacity, and ductility by changing the parameters of cavity. Subsequently, theoretical calculation models of shear wall with single cavity and multicavities are proposed; the calculating formula of the lateral displacement curve and the equivalent lateral stiffness of cavity shear wall is deduced under different lateral loads. The lateral response of both the through cavity shear wall and non‐through cavity shear wall can be calculated by using the continuous link method. Finally, the verification results of models with different parameters show that the theoretical calculation formula has enough accuracy, which can meet the needs of engineering estimation.     

Laboratory measurement of hydraulic conductivity functions of two unsaturated sandy soils during drying and wetting processes

The importance of applying unsaturated soil mechanics to geotechnical engineering design has been well understood. However, the consumption of time and the necessity for a specific laboratory testing apparatus when measuring unsaturated soil properties have limited the application of unsaturated soil mechanics theories in practice. Although methods for predicting unsaturated soil properties have been developed, the verification of these methods for a wide range of soil types is required in order to increase the confidence of practicing engineers in using these methods. In this study, a new permeameter was developed to measure the hydraulic conductivity of unsaturated soils using the steady-state method and directly measured suction (negative pore-water pressure) values. The apparatus is instrumented with two tensiometers for the direct measurement of suction during the tests. The apparatus can be used to obtain the hydraulic conductivity function of sandy soil over a low suction range (0–10 kPa). Firstly, the repeatability of the unsaturated hydraulic conductivity measurement, using the new permeameter, was verified by conducting tests on two identical sandy soil specimens and obtaining similar results. The hydraulic conductivity functions of the two sandy soils were then measured during the drying and wetting processes of the soils. A significant hysteresis was observed when the hydraulic conductivity was plotted against the suction. However, the hysteresis effects were not apparent when the conductivity was plotted against the volumetric water content. Furthermore, the measured unsaturated hydraulic conductivity functions were compared with predictions using three different predictive methods that are widely incorporated into numerical software. The results suggest that these predictive methods are capable of capturing the measured behavior with reasonable agreement.     

综合考虑水平和竖向地震作用的边坡稳定数方法

基于泰勒稳定数方法的拟静力分析是土坡地震稳定分析方法之一,该方法可以考虑水平地震作用得出地震作用下土坡的安全系数,但忽略了竖向地震作用的影响。为同时考虑水平和竖向地震作用,在前人工作的基础上,通过理论分析和公式推导,本文建立了一个能够同时考虑水平地震作用和竖向地震作用的解析公式,形成了改进的泰勒稳定图方法和计算流程。本文采用一个简单算例,通过与有限元计算结果的对比,验证了改进边坡稳定图方法的有效性。该方法能够方便地估算简单均质黏性土坡的稳定安全系数,为边坡工程抗震设计验算提供了参考。     

基于振次影响的软土动力参数模型

为了深入研究软土的软化现象,对软粘土进行了一系列的动三轴试验。在软土动力三轴试验的基础上,采用最大动剪模量的计算公式,对软土进行了计算和比较,建立了考虑频率影响因素的经验公式。同时,给出了振次曲线的动态参数的拟合公式,计算分析了软土的动态参数,并验证了该公式的适用性。结果表明,考虑频率影响因素的计算公式能更准确地计算出动态参数,提出的曲线拟合计算公式对不同地区土的适用性较好,可以推广使用,便于进行理论分析以及工程运用。     

基于抽水试验的多种方法确定水文地质参数

水文地质参数对于地铁抗浮设计水位的确定,工程建设安全及安全运行等具有重要意义,野外抽水试验是确定水文地质参数的主要方法。本文以“长春市地铁一号线”南湖大路站抽水试验资料为依托,采用传统的稳定流公式法、非稳定流的直线图解法、Theis公式法等计算,并采用全程曲线拟合法进行计算,结合实际水文地质条件,多种方法对比分析,确定该地块渗透系数为45 m/d、导水系数13.50 m²/d及贮水系数为0.000 3。本次试验进一步验证了全程曲线拟合法在承压水含水层中的适应性,提出了井管回水的附加水位对抽水试验参数计算的影响。     

Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit im Untergrund durch Labor- und Feldversuche und anhand theoretischer Modelle

For the planning and design of borehole heat exchangers systems, the knowledge of the thermophysical ground parameters is essential. In this study, several methods for the determination of thermal conductivity were used on a borehole for a ground source heat pump system. Thermal conductivity was measured on core samples using laboratory tests and likewise a Thermal Response Test (TRT) was carried out. In addition, several ground parameters, such as water content and carbonate content, were determined by laboratory tests. With these parameters the thermal conductivity was then calculated using different theoretical models. The best agreement between measured and calculated values for thermal conductivities was obtained using the geometric mean. The mean error of these calculations in this study is about 12 %. Thus, the accuracy of the calculation of thermal conductivity is lower than the accuracy of the laboratory tests or TRTs, but it nevertheless represents a simple and more accurate method than parameter estimations based on published values.     

软土地层管幕-箱涵推进工法阻力计算研究

上海市中环线北虹路下立交工程是目前世界上在饱和含水地层中施工的截面最大的管幕法工程.箱涵推进中推进阻力估算正确与否是工程成败的关键因素之一.基于摩擦及土体的极限平衡理论,分析了在管幕存在的条件下箱涵顶进中推进阻力的构成及计算方法,并根据不同的挖土工况给出相应的计算公式.计算结果和实测阻力进行对比,结果较为接近,可为同类工程提供参考.     

考虑土对水吸附性的渗流破坏理论与应用

 工程实践和模型试验结果都表明,上覆土层往往能够承受比自重压力更大的水头压力,目前还没有相关理论能够解释这一现象。考虑土颗粒对孔隙水的吸附性及结合水的连通情况,提出广义浮力、浮重度及广义水力梯度概念,给出具体的计算方法;明确计算中所用的参数 , 和 的物理意义,建议了估算 的方法,设想了测定 和 的方法,提出 与起始水力梯度 的理论关系式。这些方法考虑土层性质的差异,针对砂土和疏松土,广义浮力、广义浮重度及广义水力梯度变为传统的阿基米德浮力、浮重度及水力梯度。进一步得到不同土层中渗流力的计算方法,最终,得到土体在地下水作用下破坏条件的统一表达式,该公式可以解释土体在地下水作用下的几种不同破坏模式。依据该理论,基坑抗渗流稳定性和抗承压水稳定性的计算方法都应被修正,目前采用的计算方法都只是适应于砂土和疏松土的计算方法。采用该方法对不同组合的土层在地下水作用下的稳定性进行分析,得到的一些结论与传统说法并不相同。如：基坑围护结构插入深度分析时,如果不存在承压水作用,黏性土中的基坑很难发生渗流破坏,粉土地层中基坑的抗渗流破坏能力比砂土中的大;基坑抗承压水突涌分析时,如果上覆土层有一定渗透性,传统的压重平衡计算结果偏于不安全,含有一定量粉土的承压水层的上覆土层抵抗承压水能力会有所提高。最后,以上述成果为基础对水土压力统一计算理论做了修正。     

Effect of boundary conditions on the hydraulic behavior of geotextile filtration system

There are several test methods available for studying the behavior of geotextile/soil filtration systems. However, there has not been a consensus on which one of these methods should be the most appropriate. In this research, gradient ratio (GR) tests and hydraulic conductivity (HCR) tests were performed to evaluate the effects of boundary conditions on the behavior of geotextile/soil filtration systems. The test results show that the hydraulic conductivity of the filtration systems decreased as the effective stress and hydraulic gradient increased. Furthermore, the hydraulic conductivity obtained from GR tests with a hydraulic gradient of 5 could be taken as the lower bounds for HCR test results. Therefore, it is suggested that the GR test can be used to obtain reasonable and conservative design parameters of the filtration systems.     

考虑圆拱效应的桩孔最大自立深度

对土体稳定性的分析计算大都采用基于二维理论推导出的公式,为解决其无法考虑在空间环境下桩孔圆拱效应的问题,基于别氏理论和挡土墙原理,考虑土体圆拱效应以及孔径对孔壁稳定性的影响,提出计算孔壁自立稳定最大孔深的计算模型;根据别氏公式解并借助MATLAB数值分析软件,对模型中的相关系数进行多次调整,最终提出了简化计算公式,对比分析了计算公式与别氏公式解,结果证明该公式能较好地近似计算别氏理论解,且形式较别氏公式简洁。