粒度对非饱和土土水特征曲线滞回特性的影响

为了研究粒度对非饱和土土－水特性的影响,利用ＧＣＴＳ土－水特征曲线仪对三种不同粒度的西安黄土、青藏黏土、新疆黄土分别进行了增减湿循环试验,采用Ｇａｒｄｎｅｒ模型拟合得到三种土的土水特征滞回曲线,根据滞回度的概念,定量的衡量土的滞回水平的强弱,进一步研究了固体颗粒的粒度对非饱和土土水特征曲线滞回特性的影响。结果表明:有效粒径越大,土水特征曲线的滞回度越大（滞回水平越强）,不均匀系数越大,土水特征曲线的滞回度越小（滞回水平越弱）。究其原因是土颗粒之间孔隙尺寸大小对增减湿瓶颈效应和接触角效应的影响。     

粉土土水特征曲线影响因素试验及模型验证

土水特征曲线(SWCC)的影响因素有很多,为了探究其主要影响因素,采用压力板仪测定了初始干密度为1.78 g/cm~3的土样A和初始干密度为1.65 g/cm~3、经固结试验后干密度为1.78 g/cm~3的土样B它们的初始脱湿线,发现二者基本重合。这说明在其他条件相同的情况下,是干密度而非固结压力决定了SWCC形态。测定了土样B的主吸湿线和主脱湿线,并采用毛细滞回简化模型计算了土样的主脱湿线,计算所得主脱湿线和试验得到的主脱湿线基本重合,验证了该模型的有效性。     

均匀湿颗粒材料边界滞回持水曲线的物理模型

非饱和土持水特性的滞回机理是土力学界的热点问题之一。将非饱和土看作“湿颗粒材料”并以“土-颗粒-系统”为视角更易认识其持水特性的滞回机理。以均匀湿颗粒材料为研究对象,用轴对称圆锥形孔隙内水分的充填和排出过程来模拟边界增、减湿过程,提出一种物理模型以描述其滞回特性的物理内涵,并利用已有文献中3种砂土和2种含黏砂土的持水试验结果验证了该模型在表征均匀湿颗粒材料边界滞回持水曲线时的有效性。该模型的优点在于不仅对同种均匀湿颗粒材料滞回的边界减、增湿持水曲线可采用同一组具有物理意义的参数模拟,而且可反映孔隙水内封闭气泡对持水曲线的影响。     

均匀湿颗粒材料边界滞回持水曲线的物理模型

非饱和土持水特性的滞回机理是土力学界的热点问题之一。将非饱和土看作“湿颗粒材料”并以“颗粒—系统”为视角更易认识其持水特性的滞回机理。以均匀湿颗粒材料为研究对象，用轴对称圆锥形孔隙内水分的充填和排出过程来模拟边界增、减湿过程，提出一种物理模型以描述其滞回特性的物理内涵，并利用已有文献中3种砂土和2种含黏砂土的持水试验结果验证了该模型在表征均匀湿颗粒材料边界滞回持水曲线时的有效性。该模型的优点在于不仅对同种均匀湿颗粒材料滞回的边界减、增湿持水曲线可采用同一组具有物理意义的参数模拟，而且可反映孔隙水内封闭气泡对持水曲线的影响。     

荆门压实弱膨胀土孔隙比-含水率-吸力特征的滞回效应

为探讨水力路径对膨胀土土水特征与体变特征影响中的滞回效应,以压实度为90%的荆门弱膨胀土为研究对象,采用轴平移技术和等压湿度控制法,开展了控制吸力条件下的脱、吸湿试验,获得了0~391 000kPa吸力范围内的孔隙比-含水率-吸力关系的滞回效应规律,结论如下：（1）重力含水率-吸力关系的滞回效应显著。吸力小于10 000kPa的区域,脱湿边界线与吸湿边界线间涵盖了较大范围;吸力大于10 000kPa的区域,滞回效应弱化。脱湿与吸湿边界线并不平行,前者拐点处的斜率明显大于吸湿边界线的相应值。Fredlund-Xing模型能够很好描述土水特征的脱湿与吸湿边界线。脱、吸湿边界线均可分别通过2个特征点划分为：边界效应区、过渡区与残余区;残余吸力与进水值均可取为359 100kPa;进气值为72kPa;出气值为10kPa。（2）孔隙比-吸力关系呈现出显著的滞回效应。利用3 参数指数函数可以很好地分别描述主脱、吸湿路径下的孔隙比-吸力关系。（3）孔隙比-重力含水率关系的滞回效应并不显著。采用2参数指数函数可较好地统一描述不同水力路径下的孔隙比-重力含水率关系。（4）饱和度-吸力关系呈现出显著的滞回效应,其脱、吸湿边界线也可用Fredlund-Xing模型分别描述。（5）体变特征的脱湿速率效应显著。     

孔隙介质土水特征曲线简化模型研究

考虑残余含气量的毛细滞回内变量模型必须给定三条边界土水特征曲线,即初始脱湿曲线(IDC)、主脱湿曲线(MDC)、主吸湿曲线(MWC)才能对非饱和土的高阶扫描线进行计算。而土水特征曲线的测定需要花费较长时间,费时费力。基于非饱和介质微观理论,研究了孔隙介质的吸/脱湿现象及毛细滞回现象,结合已有经验模型,提出不需要任何参数的经验模型来计算主脱湿曲线。若根据试验数据已知初始脱湿曲线、主吸湿曲线,则该模型不需要任何参数便可直接计算得出主脱湿曲线。最后通过试验数据对模型进行验证,结果表明所提出的模型预测效果较好。     

荆门压实弱膨胀土孔隙比－含水率－吸力特征的滞回效应

为探讨水力路径对膨胀土土水特征与体变特征影响中的滞回效应，以压实度为90 %的荆门弱膨胀土为研究对象，采用轴平移技术和等压湿度控制法，开展了控制吸力条件下的脱、吸湿试验，获得了0～391000 kPa吸力范围内的孔隙比－含水率－吸力关系的滞回效应规律，结论如下：(1) 重力含水率－吸力关系的滞回效应显著。脱、吸湿边界线间涵盖了较大区域；脱湿与吸湿边界线并不平行，前者拐点处的斜率明显大于吸湿边界线的相应值。Fredlund-Xing模型能够很好描述土水特征的脱湿与吸湿边界线。脱、吸湿边界线均可分别通过2个特征点划分为：边界效应区、过渡区与残余区；残余吸力与进水值均可取为359100 kPa；进气值为300 kPa；出气值为8 kPa。(2) 孔隙比－吸力关系呈现出显著的滞回效应。利用3参数指数函数可以很好地分别描述主脱、吸湿路径下的孔隙比－吸力关系。(3) 孔隙比－重力含水率关系的滞回效应不显著。采用2参数指数函数可较好地统一描述不同水力路径下的孔隙比－重力含水率关系。 (4) 饱和度－吸力关系呈现出显著的滞回效应。该滞回效应可利用描述土水特征的Fredlund-Xing模型和描述体变特征的3参数指数函数组合描述。 (5) 体变特征的脱湿速率效应显著。     

应力作用下非饱和重塑黏土土水特征曲线研究

利用最新研制的全自动非饱和土固结仪,研究了竖向应力对非饱和重塑黏土土水特征曲线的影响,并采用FX模型,通过最小二乘法对试验结果进行拟合。结果表明,竖向应力越大,试样的空气进入值越大,曲线越平缓,水越难排出,相同吸力下含水率越高。FX模型可以较好的描述本次试验各组试样的土水特征曲线。通过分析拟合参数,提出一个只与竖向应力有关的土水特征曲线经验公式。     

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。     

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。     

黄河大堤非饱和土土水特征曲线研究

利用改进的非饱和土三轴仪，对黄河大堤重塑非饱和土进行了试验研究，分析了其渗透特性，并选用Van Genuchten模型拟合了试样的土水特征曲线，对不同围压下的土水特征曲线进行了比较。结果表明：①随非饱和土含水量的增大，基质吸力减小，非饱和土的工程性质向弱性变化；②在高含水量下，基质吸力随含水量变化的变化幅度很小，在低含水量(天然含水量)下，基质吸力随含水量的增大而迅速减小；③对某一类土而言，在低吸力下土的基质吸力主要随含水量而变化，在高吸力下其大小除取决于含水量外还受黏粒含量、矿物成分等因素的影响；④相同体积含水量的土壤的基质吸力随着围压的增大而减小，相同基质吸力的土壤的含水量随围压的增大而增大。同时指出，对于黏性较强、有机质含量较高的黄河大堤非饱和土的土水特征曲线，还需要进一步研究。     

温度对非饱和土土水特征曲线的影响研究进展

总结了影响非饱和土土水特征曲线的因素,包括固结压力、竖向应力、孔隙比、初始含水量、吸力范围等。分析温度对非饱和土土水特征曲线的影响,从理论模型、影响机理和试验研究3个方面进行深入研究。研究表明：当含水量一定时,随着温度的升高,吸力逐渐降低,相应的土水特征曲线向下移动。最后,在分析目前研究现状的基础上,提出了进一步研究的方向。      

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.     

临江Ⅱ号崩滑体土水特征曲线试验研究

三峡水库蓄水后导致许多滑坡失稳,使人们认识到研究非饱和土性质的重要性。为研究巴东黄土坡滑坡土的非饱和性质,选取临江Ⅱ号崩滑堆积体的滑带土及滑体土作为试验对象,按其天然状态配置成重塑样,分别进行了土水特征试验及变水头渗透试验,得到了滑体土和滑带土在不同基质吸力条件下所对应的体积含水率和渗透系数;并对其土水特征试验曲线进行拟合, Fredlund-Xing方程拟合效果优于Gardner方程和指数衰减方程。同时发现土水特征试验在施加第一级基质吸力时很重要,这将影响试验曲线的形状。研究成果将对水库蓄水作用下的库岸滑坡稳定性评价有指导意义。     

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。     

扬州地区黏性土土水特征曲线试验研究及应用

对扬州地区典型黏性土进行了土水特征曲线试验研究,分析了干密度对土水特征曲线的影响。试验表明:土的初始干密度越大,进气值越大,脱水速率越小。采用Fredlund和Xing三参数模型计算得土水特征曲线方程,并推算出非饱和土的渗透系数曲线。通过对降雨入渗条件下的扬州地区典型黏性土边坡进行稳定性分析。结果表明:同等基质吸力下,非饱和土体积含水率越大,渗透系数越大;土体进气值越大,同等基质吸力下渗透系数越大,边坡越稳定;扬州地区黏性土体遭遇特大暴雨时,降雨4 d后边坡安全系数下降30%~50%,滑动面位于边坡表层。更多还原     

应力作用下非饱和土土-水特征曲线研究

总结有关土-水特征曲线的研究成果,利用非饱和土固结仪进行非饱和重塑粘土试样的土-水特征曲线试验,分析了竖向压力和固结压力对土-水特征曲线的影响,并利用Fredlund 3参数模型对试验数据进行拟合。研究结果表明,竖向压力越高,土-水特征曲线越平缓,空气进入值越大,同吸力下的土体饱和度越大。固结压力的影响与竖向压力相似。     

新疆某黄土的土水特征及其分形描述

本研究采用新疆某引水渠道边坡的黄土填料进行土水特征曲线试验,研究压实度和应力水平对土料的土水特征的影响规律。针对试验结果,本研究首先采用经典的van Genuchten模型进行曲线拟合。然后采用分形理论进行土水特征曲线的比较分析。结果表明:(1)随着压实度的增加,土水特征曲线向下移动;随着轴向应力的增加,土水特征曲线也会有所下移;(2)相应于孔隙分布,该土料的土水特征曲线具有明显的分形特性;(3)在相同压实度下,不同应力水平的SWCC分形拟合基本平行。采用本文所述的分形方法,在已知不同应力水平下的孔隙率时,可较为合理的从一个应力水平下的土水特征曲线推求其它应力水平下的土水特征曲线。     

膨胀土的土水特性试验研究

膨胀土具有吸水膨胀和脱水收缩的特性,利用非饱和土固结仪对南阳地区膨胀土试样进行了土—水特征试验,并根据试验得到的土—水特征曲线得到:试样的含水率随着基质吸力的增大显著减小;随着轴压的增大,孔隙比减小。当吸力相同时,含水率随孔隙比的减小而增大。