考虑渗气渗水函数的非饱和土固结性状研究

大坝蓄水所引起的水环境变化会诱发其周边建筑物地基产生显著的沉降变形,要合理预测其沉降过程,则需研究非饱和土地基的固结性状。为此,基于混合物理论,在非饱和土的水、气两相渗流-变形耦合方程组中,采用离散线性化的方法引入了渗气渗水函数和持水曲线方程,给出了考虑渗气渗水系数比值变化的一维固结微分方程组,进而采用积分变换方法求得非饱和土层孔隙水、气压力消散及其沉降变形的解析解。最后,选取水、气相互连通的非饱和土层典型算例,通过与已有文献所述未考虑渗气渗水系数比值变化的解析解、有限差分解的计算结果对比发现:本文解析解因考虑了水、气渗流相互作用对非饱和土固结过程的影响,故其计算的孔隙水、气压力消散曲线与沉降变形曲线较已有文献解析解更接近于有限差分解的计算曲线。     

土石坝心墙孔隙水压力的统计分析方法

土石坝心墙中孔隙水压力的变化常滞后于库水位的升降。通过对鲁布革坝心墙孔隙水压力的统计分析，提出一个新的统计方法，即比较不同时段内库水位平均升降速率与孔隙水压力的关联度，采用关联度最大的库水位平衡升速率和库水头为变量，进行测点孔隙水压力的统计分析，其复相关系数和标准差均得到了显著地改善。     

土石坝心墙孔隙水压力的统计分析方法

土石坝心墙中孔隙水压力的变化常滞后于库水位的升降。通过对鲁布革坝心墙孔隙水压力的统计分析，提出一个新的统计方法，即比较不同时段内库水位平均升降速率与孔隙水压力的关联度，采用关联度最大的库水位平均升降速率和库水头为变量，进行测点孔隙水压力的统计分析。其复相关系数和标准差均得到了显著地改善。     

非饱和土中气体的运动特性与渗气系数的测定

本文引用建筑材料学中,关于沥青混凝土渗气仪的原理,自制了非饱和土渗气装置,通过试验研究,验证了Darcy定律用于描述非饱和土中气体运动的正确性。同时,通过物理推导,证明了在10～40℃的温度区间内,Fick定律与Darcy定律表达式基本吻合。此外,本文还讨论了土的干容重与含水量各单因素在较大范围内变化时非饱和土渗气系数的变化规律,分析了干容重较小时渗气系数出现的逆反现象。     

基于动态多步流动法的非饱和土持水特性试验研究

土-水特征曲线是描述非饱和土基质吸力与饱和度之间的关系曲线。由于传统的测试方法耗时较长,在常规压力板仪测试系统上增加数据自动采集系统、气泡体积测量系统和储水冲刷系统。通过动态多步流动法试验对原状土和重塑土进行脱湿过程土－水特征曲线的测定,对比分析非饱和土的结构性对其土-水特征曲线的影响。结果表明:改进之后的压力板仪可以实时测定溢出水质量,精确测量气泡体积,节省试验时间;原状土与重塑土的饱和度均随基质吸力和加载时间的增大而减小;相比于原状土,重塑土的脱湿速率和最终溢水量较小,进气值较高,达到残余饱和度状态所需时间较短,其残余含水率也偏大。     

土石坝心墙孔隙水压力成因分析

土石坝心墙在施工过程中会产生超静孔隙水压力。通过对大坝砾石土心墙中不同部位形成的不同的孔隙水压力值,结合砾石土心墙填筑时土料含水率、坝前水位、大坝填筑进度以及当地的降水情况等进行综合分析,得出孔隙水压力的形成原因主要是由于心墙料含水率较高,并且孔隙水压力的极值在上覆荷载固定时主要受大坝砾石土心墙内的含水率影响。心墙内部观测到的压力值有孔隙水压力和与坝前水位贯通后的水头压力之分,需分别进行分析。因此,加强孔隙水压力的观测和分析,对大坝的安全监控有着重要意义。     

土石坝心墙孔隙水压力成因分析

土石坝心墙在施工过程中会产生超静孔隙水压力。通过对大坝砾石土心墙中不同部位形成的不同的孔隙水压力值进行分析,并结合砾石土心墙填筑时土料含水率、坝前水位、大坝填筑进度以及当地的降水情况等,认为孔隙水压力的形成原因主要是心墙料含水率较高,并且孔隙水压力的极值在上覆荷载固定时主要受大坝砾石土心墙内含水率的影响。心墙内部观测到的压力值有孔隙水压力和坝前水位贯通后的水头压力之分,需分别进行分析。     

基于微观孔隙通道的饱和/非饱和土渗透系数模型及其应用

从微观角度揭示土体变形对饱和/非饱和渗透系数的影响机理,建立相应的预测方法,对于饱和/非饱和土的渗流分析及水力耦合研究具有重要的科学意义。利用流体力学理论,建立了微观孔隙通道渗透系数与等效孔径的关系,在此基础之上,结合毛细理论建立了饱和/非饱和渗透系数与土-水特征曲线的关系模型,并利用已有试验数据验证了模型的合理性。结合该模型与变形条件下土-水特征曲线预测方法,对变形条件下武汉黏性土饱和/非饱和渗透系数进行预测,结果表明黏性土在压缩变形条件下:饱和渗透系数呈数量级的减小,预测值与实测值均吻合较好;双对数坐标下,非饱和相对渗透系数在进气值之后随基质吸力增加而减小,不同初始孔隙比条件下其斜率近似不变,整体呈现\"毛刷型\"分布,相同基质吸力条件下,初始孔隙比越小,相对渗透系数越大;非饱和渗透系数,进气值之前近似为饱和渗透系数,进气值之后随基质吸力增大而减小,不同初始孔隙比的变化线近似重合。     

土石坝砾石土心墙孔隙水压力变化分析

土石坝心墙作为坝体主要防渗结构,在施工期产生的孔隙水压力幅度、消散水平及初蓄期的防渗性能对大坝的初蓄和运行安全有着重要的影响。对某高土石坝砾石土心墙孔隙水压力监测资料的分析表明,砾石土心墙在施工期产生的孔隙水压力幅度与上覆土压力、土体饱和状态和渗透系数有密切关系,孔隙水压力消散水平与库水位变化幅度关系不大,主要与材料特性相关。初蓄期由于心墙土体未完成固结,库水位快速抬升,心墙易加速沉降,从而降低土体强度产生水力劈裂,因此心墙土石坝在初蓄期应严格控制库水位抬升过程,加强心墙中部孔隙水压力及下游侧渗透水压力监测,这对确保大坝的安全具有重要意义。     

非饱和残积土土-水特性研究及基质吸力估算

残积土在我国南方分布十分广泛,是工程建设及地质灾害评估中主要遇到的土体之一。非饱和状态下,残积土边坡土体的工程性质不仅取决于土的组成、结构和应力状态,还与土中的吸力密切相关;土-水特征曲线表达了土体中含水量与吸力的关系,是非饱和土研究的重要内容之一。选取福建省有典型代表的凝灰质砂砾岩残积土、凝灰岩残积土以及花岗斑岩残积土3种类型土作为试验土样,测定土样完整的脱湿、吸湿循环过程的土-水特征曲线。鉴于基质吸力测量困难,在Barden非饱和土分类方法的基础上,通过分析具有实际工程意义的含水量情况(饱和度介于50%~90%),总结出的利用饱和度预测基质吸力的简易方法具有针对性和实用性。     

基于孔隙水分布的非饱和土SWCC及相对渗透系数预测模型

相对渗透系数与土水特征曲线(SWCC)是研究非饱和流的重要参数,利用毛细管系统研究渗流已经成为研究相对渗透系数的重要方法之一。在用毛细管系统代替土孔隙的假设上,基于杨-拉普拉斯方程和分形理论,对传统的毛细管系统含水量模型作出改进,考虑非饱和孔隙的含水量,提出一个预测非饱和土相对渗透系数的模型。利用4组试验数据对提出的相对渗透系数预测模型进行验证,用均方根偏差(RMSD)评测试验数据与预测数据之间的误差,结果表明4组数据的RMSD均＜0.025,说明该模型具有预测非饱和土相对渗透系数的实际意义。     

考虑应力引起孔隙比变化的土水特征曲线模型

土水特征曲线在非饱和土力学中扮演着非常重要的角色,它已在岩土工程和环境岩土工程得到广泛应用。利用GCTS土水特征曲线仪,测定了无压和一定固结压力下的非饱和黄土土水特征曲线,引入“水土体积比”对已有文献中Saskatchewan粉土、Indian Head冰碛土和黄土的土水特征曲线数据进行分析,结果发现水土体积比随基质吸力的变化在一定应力所致孔隙比（预先固结和固结所致）和基质吸力范围内可归结为一条曲线。基于此认识,对van Genuchten模型进行改进,提出了一种考虑应力引起孔隙比变化的土水特征曲线模型,并验证了该模型的正确性,为研究非饱和土的力-水耦合本构关系提供了一条新思路。     

考虑应力引起孔隙比变化的土水特征曲线模型

土水特征曲线在非饱和土力学中扮演着非常重要的角色,它已在岩土工程和环境岩土工程得到广泛应用.利用GCTS土水特征曲线仪,测定了无压和一定固结压力下的非饱和黄土土水特征曲线,引入“水土体积比”对已有文献中Saskatchewan粉土、Indian Head冰碛土和黄土的土水特征曲线数据进行分析,结果发现水土体积比随基质吸力的变化在一定应力所致孔隙比(预先固结和固结所致)和基质吸力范围内可归结为一条曲线.基于此认识,对van Genuchten模型进行改进,提出了一种考虑应力引起孔隙比变化的土水特征曲线模型,并验证了该模型的正确性,为研究非饱和土的力-水耦合本构关系提供了一条新思路.     

非饱和泥岩土水特征曲线试验及数学模型研究

非饱和土对水分存在吸力,严重影响土体的工程特性。以一高速铁路地基泥岩为研究对象,应用滤纸法研究含水率及压实作用对其吸力的影响。研究结果表明:随着含水率的增加,基质吸力及总吸力呈非线性减小,减小过程分为骤减阶段、速率减小阶段和吸力稳定阶段;在低含水率情况下,土体中水分以气态形式进行迁移,此时接触滤纸量测的吸力为总吸力;接触滤纸的平衡含水率随着土体含水率的增加呈线性增加;干密度对低饱和度下土样的总吸力影响较大,同一饱和度下土样干密度越大,则基质吸力越大;在单对数坐标中,土水特征曲线近似呈"S"形,选用典型的SWCC模型对试验数据进行了拟合,拟合效果良好。试验结果可用于该类土体相关工程特性的预测及建模。     

三峡库区滑坡堆积体非饱和土的土——水特征研究

滑坡堆积体在自然界广泛分布,在三峡库区尤为常见。据统计,三峡库区滑坡体多为不同类型的土石混合物所组成。研究滑坡堆积体的土—水特征对三峡库区地质灾害防治与土木工程建设具有重要价值。采用室内压力板试验仪,重点分析碎石粒径大小、碎石含量、颗粒级配、干密度以及土的塑性指数对滑坡堆积体的土—水特征曲线的影响,并基于Fredlund-Xing(FX3)模型采用SPSS软件回归分析得出简便的计算三特征参数的函数。分析表明:碎石颗粒较小、碎石含量较大两因子相比干密度较小、塑性指数较小两因子对滑坡堆积体的土—水特征曲线的影响具有相同趋势。碎石级配较好的滑坡堆积体有利于脱水,进气值一般较大。非饱和滑坡堆积体的土—水特征曲线的预测方法应用简便,具有一定实用性。     

降雨入渗作用下非饱和土坡的有限元分析

在国内某地区高11m降雨入渗路堑边坡的有限元分析结果中,同时计算了变形和地下水流动的时间依赖性边界条件(完全耦合流动-变形分析)。根据现有数据,估算应用Van Genuchten模型所需的水力参数,在全时段监测中,孔隙水压力和地下水水位的测定结果与有限元法的分析结果有较好的一致性。     

非饱和土的三轴拉伸试验研究

通过对非饱和黏性土的三轴拉伸试验,分析了三轴拉伸应力随周围压力的变化规律,并对拉伸破坏强度准则进行了探讨,发现现有的强度理论对于三轴拉伸情况都不能完整的表述,仅与黄土的断裂破坏准则比较接近,Mohr—Coulomb准则仅对围压比较大时合适,Griffith—Mohr联合准则在较低围压时有大的误差。同时,对非饱和黏性土三轴拉伸的极限应变和孔隙压力的变化规律进行了探讨。     

非饱和土的土-水特征曲线的试验研究及应用

利用改进的非饱和土三轴仪,对非饱和土在不同围压条件下的基质吸力与含水量关系的试验研究。并根据试验结果,绘制非饱和土的土-水特征曲线与围压-基质吸力关系曲线。分析曲线规律,拟合基质吸力与体积含水量之间的函数,并通过土水特征曲线计算非饱和土的渗透系数及预测非饱和土的抗剪强度。