新型高量程张力计在吸力量测中的应用

一般张力计仅能量测低于100kPa的吸力，超过该吸力后张力计将由于量测系统汽化等原因失去可用性。采用国产普通压力传感器研制了一种能够直接量测大于100kPa吸力的新型高量程张力计。在室内试验中吸力量测值与土样预加吸力一致，验证了400kPa吸力范围内该高量程张力计的响应速度和准确度。把此高量程吸力计应用于0～500kPa范围内高岭土土水特征曲线试验，并与应用轴平移法的压力板仪试验结果比较，进一步验证了该高量程张力计的准确性、持久性和对干湿循环过程的可用性。应用新型张力计在室外进行了长达25天的吸力监测试验，证明了该张力计的长历时可用性和反应速度。应用结果表明，所研制的高量程张力计具有量值准确、反应灵敏、持时长及量测稳定等良好工作性态。     

非饱和土力学理论的研究意义及其工程应用

介绍了目前土力学的最新研究动态，阐述了非饱和土力学的研究历史及研究意义，结合南水北调工程中 膨胀土问题，将非饱和土抗剪强度理论深度地应用于工程实际的试验研究，在室内进行了土的吸力与含水量的关系试验和三轴强度试验，在现场研究了天然膨胀土坡中的吸力分布，比较了各种吸力测量仪器和方法和，这些研究工作为非饱和地理论的工程运用积累了经验。     

新型高量程张力计在吸力量测中的应用

一般张力计仅能量测低于100kPa的吸力,超过该吸力后张力计将由于量测系统汽化等原因失去可用性。采用国产普通压力传感器研制了一种能够直接量测大于100kPa吸力的新型高量程张力计。在室内试验中吸力量测值与土样预加吸力一致,验证了400kPa吸力范围内该高量程张力计的响应速度和准确度。将此高量程吸力计应用于0～500kPa范围内高岭土土水特征曲线试验,并与应用轴平移法的压力板仪试验结果比较,进一步验证了该高量程张力计的准确性、持久性和对干湿循环过程的可用性。应用新型张力计在室外进行了长达25d的吸力监测试验,证明了该张力计的长历时可用性和反应速度。应用结果表明,所研制的高量程张力计具有量值准确、反应灵敏、持时长及量测稳定等良好工作性态。     

含砾土坡坡面降雨和坡脚浸泡模型试验研究

降雨是诱发边坡失稳的重要因素,为此开展了含砾量分别为10%,20%和40%的含砾土坡的坡面降雨和坡脚浸泡的模型试验。利用体积含水率和吸力传感器测试了含砾土坡的水土特性,观测了边坡湿润锋的发展过程,利用PIV技术研究了边坡的位移变形过程;通过控制坡脚水位及坡顶后续加载研究了坡脚浸泡作用下土坡的沉降变形规律。试验结果表明:降雨条件下,含砾量越高,土坡坡面侵蚀发育越缓慢,边坡的细粒土越容易达到完全饱和状态;坡土饱和后,含砾量10%的土坡主要以坡面侵蚀和变形为主,不易发生整体破坏,含砾量20%和40%的坡土均发生了整体滑移破坏。坡脚浸泡过程中,含砾量越高,边坡变形量越小,在水位下降过程中基质吸力恢复越快,在浸水过程中边坡吸力丧失范围越小。在坡脚浸泡及后续坡顶加载作用下,含砾量10%的土坡会产生较大变形,含砾量20%的土坡最容易发生破坏,含砾量40%的土坡稳定性良好。     

利用瞬态剖面法测定非饱和黄土的渗透性曲线

瞬态剖面法是量测非饱和土渗透系数的直接方法之一。本文以室内模型试验为基础，利用瞬态剖面法测量重塑黄土试样的非饱和渗透系数。试验以陕西泾阳泾河南岸的黄土塬南缘马兰黄土为对象，将重塑干黄土样筛入一圆形玻璃筒内，上部补给一定量的水，然后量测不同时刻土柱内不同深度的质量含水量，并换算为体积含水量；同时采用张力计法测定模型桶土样的土-水特征曲线，即不同含水量土样的基质吸力。计算得到不同时刻模型桶内土样的水头剖面，由此确定渗流速度和水力梯度，并得出不同体积含水量土样的渗透系数。对瞬态剖面法得到重塑黄土样的非饱和渗透系数进行回归分析，获得渗透系数与含水量，渗透系数与基质吸力的指数函数关系。     

非饱和土体颜色与饱和度及基质吸力相互关系的试验研究

由于试验技术手段的限制,目前针对非饱和土基质吸力的量测方法耗时费力,因此快速测量基质吸力成为目前非饱和土研究的重要研究课题之一。本文主要以数字图像处理技术分析不同含水量的土体颜色,以土体饱和度为媒介寻找砂土及粉土的土体颜色与基质吸力的关系变化规律,利用土体的色彩值相关指标来预测非饱和土吸力大小,从而实现基质吸力的快速测量。     

非饱和粉土的动模量和阻尼比研究

使用吸力可控或可测的非饱和土振动三轴试验仪，对非饱和及饱和粉土进行动力变形试验，在不同净围压应力、不同初始含水量的条件下，得到了非饱和及饱和粉土试样的动应力应变骨架曲线、动弹性模量和阻尼比，并量测试样吸力。试验结果表明：（1）非饱和粉土的骨架曲线比饱和粉土的要高；（2）在相同净围压条件下，不同含水量的非饱和粉土动弹性模量大小几乎相近，而饱和土试样的动弹性模量略小；（3）在相同净围压条件下，不同含水量的非饱和粉土阻尼比也几乎相近，而饱和土粉土的阻尼比略大。上述试验结果可以用现代非饱和土力学理论来解释。     

黄河大堤饱和-非饱和土渗透特性研究

利用非饱和土三轴仪、特制的渗透试验压力室及其相应的量测控制装置,研究了黄河大堤非饱和土的渗透特性,得到了基质吸力、体积含水量和围压同渗透系数之间的关系曲线.结果表明:黄河大堤非饱和土的渗透系数不是常数,它随基质吸力的增大而减小,随围压的增大而增大,随含水量的增大而增大.     

降雨条件下非饱和土坡稳定性数值模拟

为了研究非饱和土坡在降雨入渗条件下的稳定性,运用饱和—非饱和渗流有限元法模拟降雨条件下饱和—非饱和土坡暂态渗流场的变化情况,分析了降雨强度、降雨持时以及土壤饱和渗透系数等参数对非饱和土坡稳定性的影响。分析结果表明:土坡的安全系数随降雨强度的增大而增大,随饱和渗透系数的增大而减小。由于降雨的进行,雨水入渗量逐渐增加,基质吸力逐渐丧失,孔隙水压力逐渐增大,因而土坡的安全系数随降雨持时的增加而减小。     

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。     

原状膨胀土吸力特性的研究

简要介绍了非饱和土的吸力概念 ,利用压力板吸力仪得出了南水北调工程中线原状膨胀土的水分特征曲线 ,通过回归分析得到其吸力方程 ,结合土样的物理性质进行了相关分析 ,并总结了有关结论     

由水份特征曲线确定吸力摩擦角ψ~b的方法

非饱和土的水份特征曲线和吸力摩擦角ψ～b与土体的微结构有内在联系,从非饱和土的微观结构出发,导出由水份特征曲线确定ψ～b的公式,并与试验结果进行比较,结果一致。     

非饱和重塑低液限黏土体积变化特性试验研究

采用GDS非饱和土三轴仪,在分别控制试样基质吸力和净平均应力条件下,对重塑非饱和低液限黏土的体积变化和含水率变化特性进行了试验研究.试验结果表明,试样的压缩指数密切地依赖于基质吸力,回弹指数也和基质吸力有一定的相关性,而且试样的收缩系数和土水特征曲线也密切地依赖于净平均应力.在给定的基质吸力条件下,随着净平均应力的增加孔隙比和含水率逐渐降低而饱和度逐渐增加,并在较高基质吸力情况下,试样含水率近似线性地依赖于净平均应力.在给定的净平均应力条件下,随着基质吸力的增加试样发生收缩.当试样基质吸力卸载到0时,试验结果表明在低净平均应力下试样发生膨胀,而在较高净平均应力下试样膨胀后发生坍塌.     

温度对简化蒸发法测定土壤水分特征曲线和导水率曲线的影响

根据Schindler(1980)提出的简化蒸发法,在微型土柱的两个高度安装张力计测定土壤吸力,并采用称重法得到土壤含水率,通过公式再计算土壤水分特征曲线和导水率曲线。结果表明:温度的差异影响土壤水分特征曲线和导水率曲线。在砂土、砂壤土-1和砂壤土-2的水分特征曲线上,当吸力小于10 kPa时,同一吸力时25℃曲线的含水率均小于16℃曲线的含水率;当吸力大于10 kPa时,砂土和砂壤土-2在同一吸力时25℃曲线的含水率均大于16℃曲线的含水率,而砂壤土-1无此变化。在砂土、砂壤土-1和砂壤土-2的导水率曲线上,砂土在10kPa以下时25℃导水率值低于16℃导水率值,其他情况下,在同一吸力时,三种土样的25℃导水率值均高于16℃导水率值。     

基质吸力对花岗岩残积土强度影响分析

花岗岩残积土分布相当广泛,是工程建设中经常遇到的土体之一。借助非饱和三轴仪进行花岗岩残积土抗剪强度试验分析,探究基质吸力对其强度参数影响。试验结果表明基质吸力和净围压的增大对花岗岩残积土强度有提升作用,花岗岩残积土黏聚力随基质吸力增大呈线性增长趋势,内摩擦角随基质吸力增大呈曲线增长趋势。基质吸力对土体弹性模量的影响也是正相关的,即弹性模量随基质吸力增大呈递增规律。根据试验结果,得出抗剪强度参数与基质吸力的关系式及不同基质吸力下土体的弹性模量表达式。     

基质吸力对非饱和黏土抗剪强度的影响

通过直剪试验,探讨了基质吸力与非饱和黏土抗剪强度的关系,结果表明:含水量对非饱和黏土基质吸力的影响较大,随着基质吸力的增大含水量减小,这种减小的趋势在基质吸力小于400 kPa时较明显;非饱和黏土抗剪强度与基质吸力之间的关系是非线性的,且存在转折点;基质吸力对非饱和黏土抗剪强度的提高有限。     

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。     

滤纸法在多种土类吸力测量中的应用

为提高利用滤纸法测定土壤吸力的准确性,采用不同浓度的NaCl溶液和多种饱和盐溶液对Whatman NO.42定量滤纸进行水气饱和,开展总吸力校准试验。同时利用体积压力板仪对该滤纸进行基质吸力校准试验,获得该滤纸的总吸力和基质吸力校准曲线。利用所得的总吸力、基质吸力校准曲线,分别测定了沙滩海砂、硅藻土、黄土等6种土样的吸力及土水保持曲线。探讨了滤纸在总吸力和基质吸力校准时的平衡时间,得到在25℃恒温条件下,基质吸力校准所需平衡时间为7 d,而总吸力校准所需平衡时间至少10 d。     

非饱和路基粘土强度与变形特性的三轴试验研究

压实的路基填土一般处于非饱和状态。然而目前路基设计方法一般是基于经典的饱和土理论,没有反映出路基土的本质。为了模拟路基边坡的慢速失稳破坏,进行了不同围压下控制吸力的固结排水三轴试验,研究了非饱和路基粘土的强度与变形特性。结果表明:非饱和路基粘土的应力~应变曲线均有明显的峰值,变形模量和偏应力峰值均随吸力的增加而增大,峰值过后呈现出明显的应变软化现象;相同吸力下,围压越大,偏应力峰值越高;不同吸力下,随着吸力的增加,表观粘聚力逐渐增大,但是这种增大关系是非线性的,而有效内摩擦角有所减小,但变化不大;非饱和路基粘土试样在剪切过程中一般表现为剪缩。     

竖向荷载下裙式吸力基础周围土体变形研究

对饱和细海砂中传统吸力基础与裙式吸力基础开展了竖向单调加载试验和有限元模拟的对比研究,获得了基础周围砂土的变形规律及基础破坏形式,讨论了"裙"结构对基础周围土体变形的影响。研究发现:极限状态下,传统吸力基础周围土体变形范围小于裙式吸力基础周围土体变形范围,减少幅度为31%~55%,说明裙式吸力基础调动了较大范围土体发挥作用以提高其水平承载力。裙宽会引起土体的变形增大,而裙高可以对周围土体进行约束;裙宽相同时,土体变形范围随裙高的增大逐渐减小。在竖向压力荷载作用下,传统吸力基础与裙式吸力基础在砂土中的破坏形式符合Prandtl整体剪切破坏。