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。     

饱和城市固废一维降解固结解析解

填埋后的城市固废因降解产生固相质量损失,从而造成在外力作用下的固结是一个相当复杂的过程。为研究饱和城市固废的降解固结特性,建立了一维降解固结普遍模型;基于已有城市固废降解、压缩和渗透特性研究,获得了考虑可降解固相水解、胞内水释放为孔隙水及降解导致压缩性衰变的一维降解固结简化模型;基于简化模型,针对饱和城市固废填埋层底部淤堵不透水和顶部自由排水工况,获得了一维降解固结解析解。针对国内填埋场新鲜城市固废的计算结果表明:在瞬时常荷载作用下,固结初期,填埋层底部的超静孔压值会超过初始值,这主要是因为降解引起固相质量损失导致骨架疏松、压缩性增大;固结后期,整个填埋层出现负的超静孔压,这是因为后期填埋层孔隙比因固相质量损失而增大,而压缩性衰变相对较小。参数敏感性分析表明:降解引起的次压缩速率越大,固结初期超静孔压越大;增加填埋层的先期固结压力会延缓超静孔压的消散。     

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...     

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。     

温控下高压实膨润土持水特性及预测研究

高庙子膨润土是我国核废料深地质处置的首选材料。作为缓冲密封材料,在使用过程中,会受到核素衰变放热的影响而改变土的持水特性、渗透性和力学特性,其工作性能也随之改变。为研究高温下高庙子膨润土的持水特性,文中采用在80℃侧限条件下进行实验研究。实验采用渗析法和水汽平衡法来控制吸力,测得在不同吸力点的含水量,从而得出土水特征曲线。对于特定吸力点的土样进行压汞试验,分析不同吸力点的孔隙特点,并由压汞试验得到PSD曲线来预测其土水特征曲线,并在PSD预测中考虑温度影响。最终将PSD预测曲线与实测曲线对比研究,发现考虑温度的PSD预测比较接近于真实的土水特征曲线。     

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.     

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。     

基于土体孔径分布的土水特征曲线预测

土水特征曲线(SWCC)是描述非饱和土的吸力与饱和度或含水率关系的一条重要曲线,是分析非饱和土的强度、变形及渗流的重要基础。室内直接或间接测量土体的吸力非常耗时。为了快速准确获取非饱和土体的SWCC,提出了基于土体的孔径分布(PSD)预测SWCC的改进方法。该方法采用压汞试验(MIP)测量土体的PSD,采用滤纸法测量土样的一个吸力值及其对应的饱和度,再根据该点的试验结果对MIP试验测得的土体孔隙体积进行校正,并采用校正后的孔隙体积来计算不同吸力条件下土体的饱和度。该方法可以克服MIP试验测得的孔隙体积偏小的问题。通过对9组土样校正前后预测SWCC与实测SWCC的对比分析,表明了该方法可以较为准确地预测非饱和土体的SWCC。在此基础上,可以方便快捷地得到多组土体的SWCC拟合参数及其概率统计特征。     

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。     

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。     

考虑净正应力影响的膨胀土土–水特征曲线试验研究

工程建设中,具有胀缩性、裂隙性和超固结性等特殊性质的膨胀土多处于非饱和状态和复杂变化的外加应力环境下,对膨胀土进行考虑应力状态的土–水特征曲线(soil-water characteristic curve,SWCC)试验研究,定性描述和定量表征膨胀土在一定应力状态下的土水特征,具有工程实践意义。采用GEO-Experts高级型应力相关土–水特征曲线压力板仪(SDSWCC-H)测定了河南南阳膨胀土在4个不同净正应力下(0,40,99,199 kPa)的土–水特征曲线,并利用试验数据对提出的能明确考虑净正应力影响的膨胀土SWCC表征方程进行验证。结果表明:(1)由于土体的间断级配,南阳膨胀土呈现出双峰土–水特征曲线(bimodal soil-water characteristic curve);(2)净正应力会对膨胀土的持水能力与进气值产生影响,具体表现为在10~100 kPa基质吸力范围内,净正应力会显著影响膨胀土在脱湿过程中水分排出的速度;净正应力也改变了双峰SWCC第二个波峰的进气值;(3)已提出的SWCC模型曲线拟合精度较高,拟合结果良好,模型可以很好地表征南阳膨胀土在恒定净正应力下基质吸力与持水量的关系。     

考虑裂隙动态变化时裂隙土土水特征曲线的预测方法研究

 裂隙广泛分布于表土中,为土中渗流提供优势通道,导致土中渗透系数增大。裂隙土的土水特征曲线(SWCC)是分析裂隙土渗流问题的关键因素。考虑裂隙的动态变化,提出一种预测裂隙土土水特征曲线的新方法,并通过实例分析对此方法进行试验验证。将裂隙土系统分为裂隙网络系统和土体系统两部分,将相同状态下2种孔隙系统的土水特征曲线组合得到裂隙土在该状态下的土水特征曲线。随着裂隙的开展,可以得到裂隙发展路径上不同状态下裂隙土的土水特征曲线。将裂隙发展路径上不同状态下裂隙土的土水特征曲线进行合理组合,即可得到考虑裂隙动态变化时裂隙土的土水特征曲线。通过室内试验模拟裂隙在土样脱湿过程和吸湿过程中的动态变化,测定脱湿过程中的SWCC,用所提出的方法预测考虑裂隙动态变化时裂隙土的土水特征曲线,并将预测结果与试验结果进行对比。预测和试验结果都显示,裂隙土的土水特征曲线呈双峰特征。在达到土体的进气值之前,曲线由裂隙网络控制;当基质吸力较大时,曲线由土体的SWCC控制。试验结果与理论预测基本一致。     

城市生活垃圾持水曲线的试验研究

城市生活垃圾的持水曲线是垃圾填埋场水气运移分析的重要参数。本文介绍了采用Tempe仪和压力板仪测试杭州城市生活垃圾持水曲线的方法与结果;通过对比试验,研究了垃圾的组份和孔隙比对垃圾持水曲线的影响。通过对试验结果的分析,获得垃圾持水曲线的特征指标。结果表明:垃圾的进气值ψa接近0 kPa,残余体积含水量θr为25%～35%,对应的基质吸力ψr为10～40 kPa;垃圾田间持水量为31%～46.5%,对应的质量含水率w为52%～130%,与现场垃圾含水率的测试结果比较一致。     

渗析法确定土水特征曲线的试验研究

土水特征曲线(SWCC)描述的是土体基质吸力与含水率之间的关系,它对于非饱和土的研究具有重要意义。在测定SWCC的各种方法中,渗析法的试验过程较简单、安全且可靠。本文以合肥地区非饱和膨胀土为研究对象,详细介绍了渗析法获得SWCC的试验过程和技术要领,并采用水浴恒温振荡器代替磁力搅拌器改进了渗析试验。结果表明:采用水浴恒温振荡器进行渗析试验是合理可行的,其优点是一次可以进行相同环境条件下多个浓度的渗析试验;使用水浴恒温振荡器对合肥地区膨胀土进行渗析试验时,其渗析平衡时间约为8天。在此基础上,采用Fredlund-Xing模型的3种型式对渗析试验结果进行了曲线拟合,得到了试验土体的SWCC及其拟合参数,可知模型3种型式的区别主要在高吸力部分。     

平行试样土水特征曲线及其力学性质的试验研究

基于压力板仪对相同制样参数的8个三轴试样进行SWCC试验,对比试样土水特征曲线的差异,并对试验完成后的7个有效三轴试样进行无侧限抗压强度试验。通过对比研究剪切力与剪切位移关系、峰值强度与饱和度关系等内容,对试样的力学性质进行研究,并通过饱和度时程曲线对其结果进一步分析。研究结果表明:即便是相同条件制备的试样,其SWCC之间也会存在差异性,并与一定基质吸力范围相对应,但随着基质吸力增大,SWCC趋于一致;在SWCC试验后,由于高基质吸力下试样的平衡饱和度差异极小,试样的峰值强度与平衡饱和度没有必然联系;在一定基质吸力范围内,饱和度时程曲线相近的试样,最终的力学特性也相近,考虑这一基质吸力范围对应的孔隙在试样中占主导地位,因此这段时程曲线可以为试样均一性的研究提供一定思路。     

Effects of Dry Density and Grain Size Distribution on Soil-Water Characteristic Curves of Sandy Soils

The soil-water characteristic curve (SWCC) of soil plays the key roll in unsaturated soil mechanics which is a relatively new field of study having wide applications particularly in Geotechnical and Geo-environmental Engineering. To encourage the geotechnical engineers to apply unsaturated soil mechanics theories in routine practice, numerical methods, based on the SWCC and saturated soil properties, have been developed to predict unsaturated permeability function and unsaturated shear strength properties which are expensive and time consuming to measure in laboratories. Further, several methods have been proposed to predict the SWCC in order to avoid difficulties in measuring the SWCC in laboratories. It is time consuming and it may require special techniques or apparatus to measure the SWCC in laboratories. However, it is important to have laboratory measured data of SWCCs to enhance and verify the proposed numerical methods. Hence, employing a Tempe pressure cell apparatus, the present study aims to investigate the effects of dry density and grain-size distribution on the SWCCs of sandy soils. Drying and wetting SWCCs were obtained for four sandy soils with different dry densities. The test data were best-fitted using the Fredlund and Xing (1994) equation and found that the fitting parameter, a, increases linearly with increasing the air-entry value of the SWCC and the fitting parameter, m, decreases with increasing the residual suction of the SWCC. The results revealed that soils with a low density have lower air-entry value and residual suction than soils with a high dry density. Further, the maximum slope of drying SWCC and hysteresis of drying and wetting SWCCs decrease with increasing density of soil. The air-entry value, residual suction, and hysteresis (the difference between the drying and wetting SWCCs) tends to decrease when the effective D₁₀ of the soil increases. A soil with uniform grain-size distribution (the steeper slope in grain-size distribution) has a less hysteresis and a greater slope of drying SWCC than those of a non-uniform soil.     

Optimal mixing ratio and SWCC fitting of lightweight soil with cotton stalk fibres

The application of lightweight soil for changing and filling is an effective foundation treatment method for the construction of sponge cities in collapsible loess areas. In this paper, the L₂₅(5⁴) orthogonal test targeting on the strength, permeability and density characteristics was first used to optimize the mixture ratio design of proposed lightweight soil with cotton stalk fibres (LSCF). The corresponding effects of each mixed content on the performance of LSCF were analysed. The soil water characteristic curves (SWCCs) of LSCF with different cement and cotton stalk fibre contents were then measured using the quick centrifuge method. In comparison with undisturbed loess, the volumetric moisture content of LSCF (for the same matrix suction) was larger, and LSCF had a better water-holding capacity. Based on the Van Genuchten model, an improved fitting model for matrix suction SWCC of LSCF was proposed by considering the influence of cement. Qualitative agreement with the test results indicates that the proposed model could be potentially used to obtain the SWCC curve without conducting any experiments, which is especially useful for the sponge city constructions in loess areas.     

纤维改性膨胀土的土水特征曲线研究

为了研究纤维改性膨胀土的土水特征,以合肥某工地膨胀土为研究对象进行土水特征曲线(SWCC)试验,研究3种干密度和4种纤维含量对纤维改性膨胀土土水特征的影响。对试验结果按van Genutchen模型进行拟合。结果表明:干密度对纤维改性膨胀土SWCC的影响有明显规律,随着干密度的增大,同一基质吸力对应的饱和度相应增加;纤维含量对纤维改性膨胀土SWCC的影响无明显规律。通过曲线拟合,得到了纤维改性膨胀土SWCC的拟合参数值及其统计量,指出参数n、ws的变异性较小,m的变异性中等,a、wr的变异性最大。     

考虑孔隙比和水力路径影响的非饱和土土水特性研究

以非膨胀性黏土为试验研究的对象,利用压力板法研究了初始孔隙比对不同水力路径下非饱和压实土土水特性的影响。试验结果表明,不同初始孔隙比土水特征曲线均存在明显的滞洄现象;当吸力大于某一值时,以含水率与吸力关系表示的话,不同初始孔隙比主脱湿土水曲线几乎重叠;以饱和度与吸力关系表示,初始孔隙比对土水特征曲线存在较大的影响。还提出归一化处理全吸力范围内不同初始孔隙比土水特征曲线的方法。最后,在归一化的处理方法基础上,提出了考虑初始孔隙比影响的非饱和土滞洄特性的模拟方法,并利用相关实测数据加以验证。