非饱和上海软土的土-水和变形特性

使用压力板法和滤纸法测量非饱和上海软土的吸力,得到第②,③,④层上海原状土和第②,③层上海重塑土的土-水特征曲线,以及土体脱水干燥过程中吸力和孔隙比之间的关系.土-水特性试验结果表明:第②,③,④层上海原状土和第②,③层上海重塑土的进气值分别为150～180,220～250,650～800,260～310,550～600 kPa.干燥收缩试验结果表明:上海黏土的收缩过程可分为3个阶段,即弹性阶段、弹塑性阶段和缩限阶段.当基质吸力较小时,收缩变形较小,土体处于弹性阶段;当基质吸力增大到一定值时,收缩变形明显,土体处于弹塑性阶段;当土体变形基本不随基质吸力变化时,土体处于缩限阶段。     

基于干湿变形效应的压实红黏土土水特征

将初始含水量为4%粉末状红黏土分别压制成干密度为1.3 g/cm~3和1.5 g/cm~3的压实土样;在侧限条件下吸水饱和,测定土样轴向膨胀变形量;然后通过气相法控制逐级增加吸力,测定不同吸力阶段试样的饱和度与孔隙比,获得土水特征曲线和干缩变形规律。研究结果表明:压实红黏土在饱和湿化过程中,膨胀应变随着饱和度的增加而增加,且初始干密度越大,其膨胀应变越大。在控制吸力干燥过程中,压实红黏土的孔隙比随着吸力增大而减小;同一吸力阶段,密度大的试样具有较小的孔隙比和较大的饱和度。基于不同干密度压实红黏土土水特征曲线,建立了考虑变形效应的土水特征曲线改进模型,计算结果与试验值吻合较好。     

应力状态对土-水特征曲线的影响规律

为系统地探讨不同应力状态对土-水特征曲线的影响,以河南新乡地区的黏土为对象,采用非饱和固结仪与双室三轴仪分别研究K0和等向应力状态对压实黏土的土-水特征曲线的影响规律。试验结果表明:低应力(小于100 kPa)下等向应力状态对土-水特征曲线的影响与K0状态相似,固结后孔隙比不同决定着土-水特征曲线的形状有所差异。土体的空气进入值随着孔隙比的减小而增加,土体进气后,干燥与增湿曲线的斜率随着孔隙比的增加而增大,且孔隙比较大时土体的滞回特性更明显。     

CCL非线性吸附特性及孔隙率变化对污染物运移影响分析

假设压实黏土衬里(compacted clay liner.CCL)中的孔隙在空间均匀分布,土颗粒表面可均匀吸附重金属离子或有机污染物.且可用Langmuir方程表示其非线性吸附特性,依据体积与质量关系.提出了土体园吸附污染物而引起的孔隙率降低的估算公式,在饱和稳态和考虑土体孔隙率变化的条件下.建立了污染物一维运移的控制方程.在控制方程中,分别考虑垃圾降解效应、CCL、下卧有限厚度含水层等情况.应用所建立的控制方程对某一假想填埋场进行了数值计算与分析.变动参数计算与对比分析表明,因土颗粒对污染物的非线性平衡吸附所引起的孔隙率降低对污染物的运秽具有显著的影响.污染物穿过CCL的能力显著下降.与不考虑孔隙率变化的情况相比,穿透曲线的蜂值浓度降低近10%.考虑吸附引起的孔隙率变化情况下.线性吸附与非线性吸附对污染物运移影响规律相似.吸附强度参数K1和弥散系数对污染物运移影响较为显著.     

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.     

干湿循环对滑坡区黄土收缩性的影响规律

针对天山北麓山区黄土滑坡灾害,研究该区黄土湿陷干燥过程中的收缩特性和规律。通过对3种不同初始含水率土样的9次干湿循环下的收缩试验,获得收缩率和含水率随循环时间的关系曲线。通过对不同循环次数下土体收缩曲线的相似趋势进行拟合,获得该区不同循环条件下的黄土收缩曲线方程,得到一定含水率下线缩率与循环次数呈指数关系,随着干湿循环次数的增加最终线缩率变小;土体的线缩主要发生在直线收缩阶段,对这个阶段进行拟合得到表征干湿循环次数与收缩系数关系的线性回归方程,收缩系数随循环次数的增加而减小,且呈较好的指数关系;黄土的脱湿变形分为裂纹变形和收缩变形,利用PCAS软件分析干湿循环下土样表面裂隙规律,前三次循环试样边缘出现裂隙,到五次循环时,裂纹和收缩变形明显,第7次循环结束后,收缩变形进入稳定状态。     

基于SFG模型的非饱和沉积土本构模型

为使修正后的模型能够更好地反映非饱和沉积土的持水和力学性质,对SFG (ShengFredlund-Gens)模型进行修正.用平均骨架应力代替净应力作应力状态变量,考虑饱和度对非饱和土变形的影响.通过分析泥浆固结土(沉积土)在等吸力条件下等向压缩和三轴压缩试验数据,得出饱和度和孔隙比的关系,并把变形考虑到持水曲线模型中.由修正后的体变方程以及持水曲线方程推导出加载湿陷屈服面方程,在修正剑桥模型基础上推导出三轴应力状态下的本构方程,并采用能统一描述剪缩剪胀性的硬化参数.基于同一模型参数,模型可以统一预测吸力控制下各向等压和三轴剪切路径下非饱和沉积土的持水和力学特性.     

蒸发条件下非饱和土水分迁移的数值模拟

大气的蒸发效应引起土体内部含水量及温度的重新分布,本文旨在研究蒸发条件下非饱和土中水分及热量的迁移规律.对于土体在蒸发条件下总吸力和温度的变化特征,采用非饱和土水-热迁移模型加以描述,该模型中液态水和气态水的迁移分别是基于Darcy定律和Fick定律而建立的.探究了利用土体基本物性指标和气象因素预测模型计算中相关参数及边界条件的方法,利用上述模型及预测方法只需获取土体基本物理性质便可获取任意时刻非饱和土中含水量及温度的分布情况.该理论被用来模拟Wilson土柱蒸发试验实测结果,其理论结果和试验实测结果是较一致的.     

蒸发条件下非饱和土水分迁移的数值模拟

大气的蒸发效应引起土体内部含水量及温度的重新分布,本文旨在研究蒸发条件下非饱和土中水分及热量的迁移规律.对于土体在蒸发条件下总吸力和温度的变化特征,采用非饱和土水-热迁移模型加以描述,该模型中液态水和气态水的迁移分别是基于Darcy定律和Fick定律而建立的.探究了利用土体基本物性指标和气象因素预测模型计算中相关参数及边界条件的方法,利用上述模型及预测方法只需获取土体基本物理性质便可获取任意时刻非饱和土中含水量及温度的分布情况.该理论被用来模拟Wilson土柱蒸发试验实测结果,其理论结果和试验实测结果是较一致的.     

基于结构性参数的土本构模型研究

在结构性的作用下,结构性土的力学特性与重塑土相比存在显著区别.基于结构性土的变形特性,引入结构性土的本征压缩曲线,提出了表征土体结构性的结构性因子,通过该参量推导了结构性土的体变方程,并给出了结构性因子的发展准则,结合修正剑桥模型建立了结构性土的本构模型.该模型与原修正剑桥模型相比,增加了3个参数.最后通过两种结构性土的试验数据对所提模型进行了验证,证明了所提模型的合理性.     

基于流固耦合特性的非饱和膨胀土变形仿真计算

在考虑膨胀土的非饱和土特性基础上,基于有效应力原理的单变量理论推导非饱和膨胀士弹塑性本构模型,选用适用的土-水特征曲线方程和非饱和土渗透系数方程,根据流崮耦合力学的理论与方法,将膨胀土吸水膨胀或失水收缩过程视为一个动态耦合作用过程,建立渗流-变形耦合分析模型.该模型考虑流固耦合作用引起的孔隙比和渗透系数变化(包括有效应力的影响),并根据边界孔隙水压(或基质吸力)的变化模拟膨胀土体的吸水和失水过程.通过对膨胀土样室内有荷膨胀试验的渗流、变形过程的仿真模拟验证仿真计算模型的有效性和正确性.研究结果表明:采用该仿真计算模型对膨胀土的变形(膨胀或收缩)进行计算和预测可取得较好结果.     

长期受弯构件应力应变分布及变形规律研究

通过全面考虑混凝土徐变收缩、裂缝影响及应力重分布变化过程,推导了适于不同应力分布条件下钢筋混凝土受弯构件截面长期应力应变分布规律的计算方法.提出了钢筋混凝土构件收缩翘曲变形影响系数曲线及曲率计算公式,并建立了分析预测受弯构件初始及长期总变形的通用分析方法.考虑截面非线性应力分布曲线,对各类受弯构件长期徐变收缩效应及变形进行分析,通过了试验验证.研究归纳了配筋率、截面尺寸等影响受弯构件长期挠度变化规律的主要因素.分析表明,钢筋能有效约束受弯构件长期徐变变形,而收缩翘曲变形大小及方向则主要取决于拉、压钢筋配筋率比值;在同等的初始抗弯刚度或截面积条件下,宽扁梁长期变形增长较普通梁显著.     

基于线性吸附效应的CCL非饱和渗透特性

压实黏土衬垫(CCL)作为卫生填埋场最主要的防渗措施,其主要组成成分为粘性土体,在阻渗过程中会吸附渗滤液中的污染物质,改变土体孔隙结构,显著影响CCL防渗性能.假定CCL土体对污染物的吸附服从线性模式,土中孔隙均匀分布,土孔隙体积的改变只受污染物吸附效应影响,基于质量和体积关系分析,建立考虑污染物吸附效应的非饱和渗流模型,采用数值方法分析CCL对污染物的吸附效应对其非饱和渗透系数的影响.结果表明,填埋场CCL对污染物的吸附作用可有效降低防渗系统孔隙率,显著提高CCL防渗性能.在考虑吸附效应条件下,吸附分配系数、污染物浓度、初始孔隙率和有效饱和度等参数对CCL非饱和渗透性能有较大影响.     

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。     

湛江组结构性黏土变形特性试验研究

天然软黏土普遍具有结构性。结构性黏土在我国湛江地区分布广泛,该区域黏土具有天然含水率高、孔隙比大、高压缩性和低渗透性等特点,其土体结构特征对其变形特性有较大影响。以湛江市东海岛地区灰色结构性黏土为研究对象,通过室内试验研究其在加载作用下的压缩特性,以及在卸载作用下的回弹特性。主要结论如下:1天然原状土与重塑土的压缩特性存在较大差异,以重塑土为试验对象测得的土体力学指标不能很好的代表实际工程中原状土的力学特性;2天然原状土在加载阶段和卸载阶段的变形规律有相同之处,但土体在卸载阶段产生的总回弹变形量远小于加载阶段产生的总压缩变形量;3天然原状土存在临界卸荷比R为0.25和0.75,当0R≤0.25时,土样回弹变形量很小;当0.25R0.75时,土样发生回弹变形;当R≥0.75时,土体发生明显回弹变形,且此阶段回弹变形量占总回弹变形量比例最大。     

考虑体积变化的膨胀土土—水特征研究

为研究考虑体积变化的膨胀土土—水特征,分析了体积含水率与重力含水率及孔隙比的理论关系,提出了考虑膨胀土体积变化的土—水特征曲线求解方法。以合肥膨胀土为研究对象,采用渗析法试验及滤纸法试验测定了重力含水率与基质吸力的关系,采用收缩试验测定了孔隙比与重力含水率的关系;根据本文方法,求得了考虑体积变化的合肥膨胀土土—水特征。结果表明:由渗析法及滤纸法可以分别获取土体在低吸力段及高吸力段的土—水特征曲线;收缩曲线可以用分段函数表示;膨胀土在吸水过程中体积发生了很大变化,不考虑这种体积变化将会高估膨胀土的体积含水率,且吸力越低,这种误差越大;采用van Genuchten模型对试验结果进行了曲线拟合,得到了试验土体考虑体积膨胀的土—水特征曲线拟合参数值:a=40.21,n=1.52,m=0.09;土样的初始干密度越大,同一吸力对应的含水率也越大。     

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。     

考虑基质收缩效应的致密煤储层数值模拟

我国煤层普遍属于低渗透储层,尤其埋深在千米以上的煤层更属于致密多孔介质.低渗透气藏中的气体渗流具有明显的滑脱效应,同时煤基质收缩效应对煤层渗透率的影响也是不容忽视的.本文考虑致密煤层中气体滑脱效应和基质收缩效应的影响,建立了三维、非平衡吸附拟稳态条件下煤层气-水两相流动的数学模型和全隐式数值模型,并编制程序进行模拟计算.模拟结果表明:致密煤层气藏开发过程中,气体滑脱效应和基质收缩效应对煤层气井的产能影响十分明显,考虑这两种效应影响时预测产气量普遍比未考虑时要高,其中基质收缩效应的存在可使预测的累积产气产量增加12.2%.     

膨胀土边坡模型的含水量与变形特征

采用室内模型试验,研究降雨蒸发条件下边坡模型的含水量变化和变形特征,并分析两者之间的关系,揭示降雨、蒸发条件下膨胀土边坡遇水膨胀,失水收缩的变形机制。结果表明:含水量的变化是导致膨胀土边坡变形最直接的原因;降雨期间,雨水下渗缓慢,含水量的改变主要发生在浅层土体;边坡的膨胀变形在降雨的第一时间发生,膨胀速度由快变慢;蒸发阶段,雨水入渗使坡体较深处含水量增高,深层土体继续膨胀,而表面土层由于含水量的降低已经开始收缩,因此边坡的整体变形与坡体含水量分布紧密关联。     

胶结和孔隙比对结构性土力学特性的影响

结构性土具有与重塑土不同的力学特性,为了探讨胶结和孔隙比等物理因素对其影响,该文对具有不同胶结强度和干密度的人工制备结构性土以及相应的重塑土进行了对比常规三轴试验.试验结果表明,胶结可"滞后"土体的变形,使得结构性土在等向压缩条件下的e-lgp曲线发生转折.结构性土的破坏随围压的升高可依次出现纵向劈裂、剪切带和均匀剪切破坏等3种方式.胶结和孔隙比使得结构性土的变形模量和体变变化规律与重塑土差异很大,同时对结构性土的应变软化和剪胀特性也有显著影响.