非饱和粗粒土基质吸力与含水率及级配关系试验研究

为了研究非饱和粗粒土基质吸力与含水率及级配之间的关系,通过控制曲率系数和不均匀系数配制5种不同级配的粗粒土土样,采用自行设计的模型装置进行降雨入渗试验,并根据试验结果绘制基质吸力与含水率关系拟合曲线,得到满足试验条件的函数关系式,从而得到土-水特征曲线方程。研究结果表明:不均匀系数越大,土样初始含水率越小,达到饱和状态时含水率越小,且土样达到饱和所需的时间越长;随着脱水过程的进行,土样不均匀系数越大,其含水率的下降速度越慢,残余含水率也越大;初始基质吸力随着土样不均匀系数增大而不断提高,同时,土样的残余基质吸力随着不均匀系数增大而增大;利用Van Genuchten模型对实测土-水特征曲线进行拟合可获得拟合参数,从而得到可应用于数值分析的土-水特征曲线方程。     

阿勒锦岛岸坡非饱和土土-水特性曲线实验研究

研究基质吸力与含水率或饱和度的关系,对天然岸坡无堤利用具有重要意义。采用TFB-1型非饱和土应力应变控制式三轴仪,对阿勒锦岛天然岸坡非饱和原状土土-水特征曲线及变化规律进行实验研究。运用两种实验方法进行对比,采用轴平移技术控制基质吸力,用Van Genuchten模型对土-水特征曲线作拟合分析。结果表明:非饱和土体积含水率随着基质吸力的增加而递减,逐渐趋于稳定值,约为15%,当体积含水率小于15%后,非饱和土的抗剪强度将逐渐提高;整个土-水特征曲线呈现"S"形,符合经典土-水特征曲线大致趋势,且具有明显的阶段性特征。     

陇东地区非饱和黄土广义土水特征曲线试验

为研究陇东地区非饱和黄土广义土水特征曲线,利用非饱和土三轴仪,研究初始干密度和净平均应力对非饱和黄土土水特征曲线的影响.结果表明:基质吸力相同时,试样的含水率随着净平均应力的增大而减小;初始干密度越大,试样减湿率越小,最终含水率越大.利用van Genuchten模型对试验数据拟合发现:残余体积含水率θ_r随着净平均应力的增大逐渐减小;拟合参数α和n随净平均应力的增大数值变化不是很大;初始干密度对土水特征曲线的影响主要表现在参数θ_r和参数α上,而参数n受其影响不大.     

千将坪滑坡非饱和土的土-水特征曲线试验研究

利用能控制吸力的四联非饱和土直剪仪,进行三峡库区千将坪滑坡非饱和土的试验,得到在不同正应力和不同基质吸力条件下土的质量含水量,并根据试验结果,绘制非饱和土的土-水特征曲线,对相应的土-水特征曲线模型进行了拟合,得出其拟合函数.分析得到了应力状态影响了土的进气值,土-水特征曲线随应力的增大而变得平缓.     

不同应力状态下孔隙结构特征对土-水特征曲线的影响

针对传统土-水特征曲线测试仪无法实现荷载作用的不足,研制吸力控制式三轴试验装置,开展不同应力状态作用下土-水特征曲线试验,讨论应力状态对孔隙特征的作用,结果表明,固结压力和基质吸力均能使土体产生不可逆的收缩变形.固结压力越大,土颗粒就越紧密,孔隙比越小,孔隙尺寸和数量越小,渗透性越差,表现出较好的持水能力,空气难以进入土体,土体排水困难,导致进气值增大和减湿率减小.土-水特征曲线与孔隙结构特征的关系紧密,与应力状态无直接关系.固结压力对土-水特征曲线的影响是通过改变孔隙结构特征来体现的.孔隙结构特征相近时,应力状态对其土-水特征曲线不会产生影响.     

宝鸡地区非饱和黄土水力参数试验研究

我国黄土分布广泛,且多处于非饱和状态,土-水特征曲线和渗透系数函数是研究非饱和黄土工程地质特性的重要水力参数。利用瞬时释放和吸入法(TRIM法)对陕西省宝鸡地区非饱和黄土进行土-水特征曲线试验;并采用van Genuchten模型、FredlundXing模型和Gardner模型对试验数据进行了拟合,其中van Genuchten模型整体拟合效果最好。试验结果表明:在脱水与吸水过程中,土-水特征曲线呈现出明显的滞回效应。以测得的土-水特征曲线为基础,采用ChildsCollis-Geroge预测模型,求出了黄土在非饱和状态下的渗透函数方程。结果表明:非饱和黄土的渗透系数与体积含水率呈正相关,与基质吸力呈反比关系,且两者均可以用指数函数表示。这为本区黄土工程地质问题,如在降雨作用下的边坡稳定性评价等提供了可靠的水力参数。     

基于坡体含水率分布的非饱和土边坡上限分析方法

非饱和土边坡的基质吸力量测较为困难,影响了边坡稳定分析的准确性,通过含水率分布曲线与土水特征模型,可以获得更加精确的吸力曲线.文章基于极限分析上限定理,构建了非饱和土边坡塑性失稳的离散上限机构,推导了由含水率分布参数与Van Genuchten模型参数表征的基质吸力功率方程,将非饱和土边坡安全系数的计算过程转化为约束条件下的多变量的数学规划问题,并采用遗传算法进行优化求解;通过与相关文献对比,验证了本文方法的正确性.探讨了地下水位、边坡坡度、吸力摩擦角等因素对非饱和土边坡稳定性的影响,并分析了三种不同土质边坡在稳定性方面的差异.     

上海软土非饱和压缩特征

通过室内吸力控制的非饱和1维压缩试验,获得了上海软土在不同吸力下的压缩—回弹—再压缩曲线,进而获取了非饱和土2个重要压缩性指标——回弹指数和压缩指数;分析探讨了基质吸力对非饱和土强度的影响,并采用Alonso弹塑性模型对试验实测数据进行了拟合分析,获取了前期固结压力随基质吸力的变化关系曲线.试验结果表明,随着基质吸力的增加,土的压缩性不断降低;当前吸力条件下,孔隙比随竖向压力变化曲线阶段特征明显,包括弹性阶段、弹塑性阶段以及回弹与再压缩阶段;非饱和压缩过程中,前期固结压力随基质吸力减小而减小,土的孔隙比与基质吸力和竖向应力之间呈曲面关系.     

杭州湾浅层储气砂土的持水特性试验研究

杭州湾嘉甬跨海高铁大桥遇到的储气砂土是一类特殊的非饱和土,以往砂土类主要以重塑样进行持水特性试验,而实际工程中,原状样的结构性对持水特性具有显著影响。以杭州湾储气砂土为研究对象,基于压力板仪试验研究了不同初始孔隙比砂土原状样与重塑样的持水特性,对比分析Brooks-Corey模型、Van Genuchten模型和Fredlund-Xing模型对砂土土-水特征曲线(soil water characteristics curve, SWCC)的适用性;利用等粒球状颗粒的不同排列方式分析了产生基质吸力差异的机理。结果表明:Van Genuchten模型更适用于描述和预测杭州湾储气砂土SWCC;对于相同孔隙比下的砂土原状样与重塑样,重塑样比原状样的失水斜率更小,但重塑样与原状样的进气值基本一致。原状砂土与重塑砂土不同的颗粒排列结构是造成其SWCC差异性的主要原因之一,重塑砂土比原状土具有更加均匀的孔隙分布,原状砂土结构性对SWCC的影响不可忽略,采用原状储气砂样的Van Genuchten模型可为实际工程提供更精准的预测和参考。     

干湿循环作用下预崩解炭质泥岩微观结构及持水特性研究

为研究预崩解炭质泥岩持水特性在长期大气环境影响下的演变规律,通过扫描电镜和压汞试验研究干湿循环作用下预崩解炭质泥岩的微观结构及孔隙分布特征,并开展预崩解炭质泥岩土水特征曲线试验和渗透试验。基于Van Genuchten模型建立考虑干湿循环作用的预崩解炭质泥岩土水特征曲线修正模型,并预测预崩解炭质泥岩非饱和渗透系数。研究结果表明：干湿循环可促进预崩解炭质泥岩继续崩解,导致大孔隙体积及孔隙率增加,土体结构变得松散,但在干湿循环作用6次后孔隙率趋于稳定;干湿循环对预崩解炭质泥岩的持水特性影响显著,土水特征曲线随干湿循环次数增加整体向左偏移,土体进气值减小;在高基质吸力阶段,不同干湿循环作用下Van Genuchten修正模型预测得到的预崩解炭质泥岩的土体非饱和渗透系数曲线基本重合,说明干湿循环作用对其渗透性影响较小。     

人工填筑路基土体水分运动参数的试验

以低液限粘土和粉土为研究对象,采用滤纸法确定其土体水分特征曲线,应用Van Genuchten模型对土体水分特征曲线进行拟合;利用水分迁移测试系统测试土体含水体积分数时变曲线;基于达西定律,结合土体水分特征曲线和土体含水体积分数时变曲线,提出确定导水率及扩散率的方法。研究结果表明:应用滤纸法和水分迁移测试系统确定土体导水率及扩散率简单、方便;Van Genuchten模型拟合土体水分特征曲线效果能达到工程应用要求。     

过渡型细粒土击实特性及基质吸力试验研究

级配呈现过渡特征的土被称为过渡土.路基填料中过渡型细粒土的击实特性不同，且力学性能受基质吸力的影响较大.根据试验标准(ASTM D698-12),进行标准击实试验，得到最优含水率和最大干密度.对试验土样，分别使用露点水势仪和高量程吸力计量测击实前后土样的基质吸力.结果表明：过渡土中黏粒含量的增加使路基填土压实特性不同，过渡土的最大干密度随着黏粒含量的增加而减小，过渡土的最优含水率随着黏粒含量的增加而增大；在击实曲线湿侧时击实土的基质吸力接近于0;击实后过渡土的基质吸力呈现过渡特征，当认为过渡土中的水分被黏粒完全吸收后，过渡土的吸力-含水率可以拟合为一条曲线，即吸力-黏土含水率曲线；在压实前的松散土颗粒的吸力量测中，也得到近似的试验结果.     

不同水泥掺量下非饱和固化淤泥力学特性试验研究

为明晰非饱和固化淤泥的强度特性,通过不同基质吸力、净围压下的三轴固结排水试验、无侧限抗压强度试验,探讨了水泥掺量、基质吸力和净围压对非饱和固化淤泥强度特性的影响.试验结果表明:固化淤泥的土-水特征曲线在基质吸力小于进气值时饱和度变化并不明显,而基质吸力大于进气值时,随着基质吸力的增大,固化淤泥的饱和度降低,低水泥掺量固化淤泥的土-水特征曲线位于高水泥掺量固化淤泥土-水特征曲线的下方;水泥掺量100 kg/m~3固化淤泥的应力-应变曲线表现为应变硬化,剪切时表现为体缩,而水泥掺量200、300 kg/m~3固化淤泥的应力-应变曲线均表现为应变软化,水泥掺量越高、净围压越小,应变软化趋势越明显.非饱和固化淤泥的无侧限抗压强度和抗剪强度与水泥掺量和基质吸力有关,水泥掺量越高、基质吸力越大,无侧限抗压强度和抗剪强度越大.不同水泥掺量和基质吸力条件下抗剪强度和无侧限抗压强度之间存在良好的线性关系.     

基于吸应力的非饱和土抗剪强度试验研究

非饱和土在工程环境中普遍存在,研究非饱和土的含水率对抗剪强度的影响对工程实践具有重要意义。以欠固结黏土为研究对象,通过施加孔隙气压使土样脱水及控制黏粒含量的方法制作不同含水率及不同级配的试样,进行土水特征曲线试验及非饱和土直剪试验,分析含水率、颗粒级配及基质吸力对抗剪强度的影响。研究结果表明:非饱和土抗剪强度很大程度上取决于土体内基质吸力转化为有效黏聚力c'的转化情况,即基质吸力和吸应力之间的转化关系。     

PS对非饱和重塑黏土的土-水特征曲线的影响

采用扫描电镜测试PS加固前后黏土微观结构的变化,研究黏土矿物、孔隙结构和土体收缩特性3种因素对加固以后非饱和重塑黏土的土-水特征曲线的影响.研究结果表明:PS与土颗粒的反应是非常复杂的物理化学反应,在反应中大量的黏土矿物被消耗,形成一种较致密的结构,力学强度提高,同时,孔隙壁变得光滑、平直,土颗粒磨圆度增大,膨胀性降低,这些因素导致非饱和黏土的土-水特征曲线发生明显变化;PS加固后饱和含水率和残余含水率都有一定程度下降,进气值较高,斜率变陡,下降速度快.Van Genuchten模型(即VG模型)对PS作用前、后的土-水特征曲线的拟合效果较好.研究结果证明PS材料加固土遗址的良好性能.     

非饱和黏土土体吸力及其对抗剪强度影响试验

非饱和土基质吸力及土-水特征曲线研究对于预测土体的渗流、强度、体变等工程特性具有重要意义。针对合肥典型非饱和黏土,采用滤纸法和温湿度计法开展不同含水率下黏土的吸力试验,同时采用4种预测模型对土-水特征曲线进行对比分析。结果表明,非饱和黏土基质吸力与总吸力均随含水率的升高而降低;当土体处于高含水率时,其吸力随含水率变化速率较低;当土体处于低含水率时,土体吸力随含水率降低迅速升高,呈指数型增长。土体渗透吸力随含水率的增加逐渐增大,达到饱和时渗透吸力基本稳定在750～850 kPa;修正模型兼有较高拟合精度和数值稳定性等特点,适用于计算非饱和黏土基质吸力。最后,结合直剪试验结果可以得出,黏土的黏聚力绝大部分由土颗粒间吸引力所产生,高含水率、低吸力状态下基质吸力对黏聚力的影响占比可达91.13%,而后基质吸力贡献值则逐渐减小直至趋向于0。     

黏粒含量对粉质黏土土水特性影响的试验研究

粉质黏土分布广泛,其土水特性受黏粒含量影响显著。为揭示黏粒含量对粉质黏土土水特性的影响规律,采用离心机对不同黏粒含量粉质黏土进行脱水条件下土水特性测试试验。首先,制备六组干密度相同的不同黏粒含量粉质黏土试样,并通过密度计与筛分联合测定法获得试样颗粒级配曲线和黏粒含量。然后,通过调节离心机转速得到不同基质吸力对应的土样总质量与含水量,并基于Van-Genuchten模型拟合土样土-水特征曲线,进而分析黏粒含量对土-水特征曲线的影响。研究结果表明:(1)不同黏粒含量粉质黏土的体积含水率均随基质吸力增加逐渐减小且变化趋势基本一致:当基质吸力小于20 k Pa时,含水率接近饱和含水率,大于20 k Pa后含水率随基质吸力增加快速减小;(2)黏粒含量越高,粉质黏土持水能力越强,土体含水率越大,含水率受黏粒含量增加影响的程度呈现先增大后减小的趋势;(3)相同基质吸力条件下,黏粒含量越高,土体含水率越大,在基质吸力大于80 k Pa后不同黏粒含量土样的含水率相差越来越小;(4)残余含水率偏高,吸附的水分仍达到其饱和状态含水量的40%左右。这为进一步进行非饱和粉质黏土软基的水力特性评估提供了技术支持。     

非饱和绢云母片岩残积土一维压缩变形规律

绢云母片岩残积土遇水软化疏松,易发生湿化破坏,变形受水影响明显.为研究其土水特性及压缩变形规律,开展了基质吸力测定试验及在不同条件下的一维侧限压缩试验.结果 表明:非饱和绢云母片岩残积土的土水特征曲线呈非典型"S"形,非饱和残余段段特征不明显;净竖向压力相同时,孔隙比随着基质吸力的增大而逐渐增大,得到其屈服吸力为200 kPa;基质吸力相同时,孔隙比随着净竖向压力的的增大逐渐减小,密度较大的试样产生的压缩变形量小,说明基质吸力和干密度能增强其抗压性.在实际工程中应充分考虑这些因素.     

不同干密度下非饱和土土-水特征曲线

对吸湿与脱湿过程中引起非饱和土土-水特征曲线进行分析,观察不同密度土样的土-水特征曲线与滞后现象。利用Fredlund and Xing的土-水特征曲线模型对试验数据进行拟合,得到模型拟合参数与土-水特征曲线参数的定量关系。研究结果表明:进气值随着参数a的增大而线性增大,残余基质吸力随着参数m的增大而呈幂函数减小,减湿率随着参数n的增大而呈指数减小。干密度对土-水特征曲线有显著影响。随着干密度增大,残余基质吸力与进气值及进水值增大,减湿率减小,滞后现象的显著程度降低。瓶颈效应、不同的接触角和空气体积是造成滞后效应的主要因素。     

竖向应力及干湿循环对黄土土-水特征曲线的影响

土-水特征曲线是描述非饱和土水力特性的重要参数之一。本文利用非饱和土固结仪对2组5个压实非饱和黄土试样进行土-水特征试验,研究了不同的竖向应力和干湿循环对压实非饱和黄土土-水特征曲线的影响。试验表明,随着竖向应力的增大,压实黄土的进气值和脱湿率逐渐增大;在一个干湿循环中,同一基质吸力下脱湿曲线所对应的含水率大于增湿曲线所对应的含水率,脱湿率大于增湿率;第2次干湿循环所产生的滞回圈大小小于第1次干湿循环;滞回圈大小随竖向应力的变化而变化。