基于差分法及试验联合确定非饱和土渗透系数的方法

非饱和土渗透系数是随体积含水量变化的一个复杂变量,难于通过试验直接获取,实际工程中主要采用经验公式,难免与实际存在不符.提出了基于一维垂直渗流控制方程差分求解及非饱和渗透性试验联合确定非饱和土渗透系数的新方法.首先利用有限差分法对一维垂直渗流控制方程进行离散,获得基于差分格式的非饱和土渗透系数表达式;然后通过试验获得土样饱和渗透系数、土水特征曲线以及不同位置处体积含水量随时间变化的关系曲线,通过Matlab编程将以上各参数代入离散后的差分格式,即可得到非饱和土渗透系数随含水量的变化值.将该方法得到的渗透系数与VG模型求出的渗透系数进行对比,两者误差较小,说明本文提出的确定非饱和土渗透系数的新方法具有一定的可靠性.     

非饱和土渗透系数的试验研究

非饱和土的复杂性和多变性决定了其渗透特性明显不同于饱和土,无法根据土壤的基本性质从理论上分析得出,试验难度也较大。本研究采用的稳态渗流试验装置,是根据非饱和土的特性设计出的非饱和土渗透系数直接测量的一种新方法,通过对粉土和砂质壤土两种非饱和土的渗透特性进行试验研究,得出了非饱和土含水量与渗透系数的基本关系。同时,对其关系曲线进行了van Genuchten-Mualem模型拟合,得出了很好的结果。     

压应力对非饱和土渗透系数的影响

针对环境工程和岩土工程中非饱和土常常受到各种形式的应力，分析了压应力对渗透系数的影响，并从土体孔隙分布的分形模型导出非饱和土渗透系数的表达式．实验结果表明，孔隙分布的分维值不受压应力影响，但压应力会引起饱和土的渗透系数和非饱和土的进气值的改变，从而影响非饱和土的渗透系数．     

基于体积压力板仪及压力膜仪法的土水特征曲线研究

土水特征曲线是解释非饱和土工程现象的一项基本本构关系,它的研究有助于解决工程实践中非饱和土的试验研究既费时又费力的问题。土水特征曲线特性（SWCC）表示了土中含水量与吸力之间的关系。本文针对非饱和土干–湿循环过程中的吸力变化特征,采用体积压力板仪与Tempe仪开展试验研究,测得某土样的进气值与残余含水量。     

概率统计法测算非饱和土渗透系数的理论研究

基于概率统计理论,从非饱和土的孔径分布函数(PSDF)及土水特征曲线(SWCC)出发,对非饱和土截面上各组孔隙进行归组分析,讨论不同孔隙连接情况下允许水流通过的有效面积,最终推导得到了非饱和土渗透系数的数学表达式.推导过程中,采用等分基质吸力区间的方法,基于毛细定律确定非饱和土截面上各组孔隙的特征半径.利用PSDF,讨论各种情况下不同孔隙连接的概率,从理论上得到任一吸力条件下非饱和土截面的有效渗流面积.最后基于阀门模型,计算得到非饱和土相对渗透系数.此外,将所推导公式与已有的非饱和土相对渗透系数计算式进行对比,通过理论分析,证明两者在本质上是一致的,且所推导公式可采用EXCEL直接计算,易于推广使用.     

非饱和土渗流特性对库岸边坡稳定性的影响

通过对大型有限元软件ABAQUS进行二次开发,建立库水位下降条件下库岸边坡的数值模型,并结合土水特性曲线估算公式,通过改变其中3个待定参数a,m和n,分析土体不同的非饱和渗流特性对边坡内浸润线位置及边坡安全系数的影响。研究结果表明:非饱和土相对渗透系数与基质吸力关系曲线与库岸边坡的浸润面位置和安全系数有极大的相关性;a反映非饱和土的进气值和非饱和土渗透系数的变化率,其取值越大越有利于非饱和土的渗流,有利于土坡的超孔隙水压力扩散,其对安全系数的影响可达20%以上,这一影响并不低于饱和土渗透系数对库岸边坡稳定性的影响;m反映非饱和土的剩余饱和度,但其对相对渗透系数及边坡安全系数的影响都很小;n是控制土水特性曲线拐点斜率的参数,同时也影响进气值,故其对库岸边坡的浸润面和安全系数也有较大影响。     

非饱和膨胀土结构性强度的研究

提出了非饱和膨胀土的结构性凝聚力和结构性内摩擦角的概念,给出了结构性经度的确定方法,研究了非饱和土膨胀土的结构性强度与含水量和吸力的相关公式,研究结果表明,非饱和膨胀土的结构性强度是结构性凝聚力与有效凝聚力的差,结构性强度的对数与基质吸力的对数呈直线相关。     

库水位变动条件下土-水特征曲线对滑坡稳定性计算结果的影响研究

库区滑坡的稳定性受库水涨落影响较大,为了分析库水位变动对滑坡稳定的影响,基于非饱和理论的有限元软件进行数值模拟,并需要用到非饱和土的相关参数,特别是土水特征曲线对滑坡稳定性的计算结果影响较大.文中一个实际算例采用不同土-水特征曲线时,计算所得结果相差较大,为了探究土-水特征曲线对滑坡影响的大小及原因,计算了当滑坡土体饱和含水量、饱和渗透系数相同时,3种典型土的土-水特征曲线所对应的稳定性系数,并得到以下结论:库水的升降作用对非饱和土质滑坡的稳定性有较大影响;由黏性土质滑坡的土体特性及计算说明表明:黏性土质滑坡在库水位变动作用下较粉土及砂土滑坡稳定,土-水特征曲线对考虑非饱和特性的滑坡安全系数影响较大,即同一含水率条件下基质吸力越大的土体滑坡的稳定性越好.     

降雨影响下非饱和土坡稳定性分析

非饱和土与饱和土最主要的区别在于土中存在基质吸力。非饱和土中的基质吸力很容易受外界环境变化的影响,其中影响最大的是含水量的变化。而降雨可使土坡中的含水量增大,就有可能使土坡内的基质吸力减小甚至消失,这对边坡的稳定性极为不利,降雨入渗是引起非饱和土坡失稳的主要因素。     

植被根系含量对膨胀土持水和渗透特性的影响

为探究植被根系含量对膨胀土持水和渗透特性的影响规律,选取南宁市膨胀土地区的膨胀土,掺入狗牙根根系制备不同含根率的试样,进行室内压力板仪试验和变水头渗透试验,采用Van Genuchten-Mualem模型预测不同含根率的膨胀土非饱和渗透系数。结果表明:掺入根系后膨胀土持水能力减弱,根系掺入增加膨胀土内部大孔隙的比例,含根率越高,大孔隙体积占总孔隙体积比例越大,持水能力相较于纯土下降的幅度越大;饱和状态下,膨胀土渗透系数随含根率增大而增大;非饱和状态下,低吸力阶段（0～25 kPa）的膨胀土渗透性随含根率的增大而增大,随着基质吸力增加到高吸力阶段（200～1 000 kPa）,根系优势流效果减弱,含根膨胀土渗透性逐渐趋近低于纯土;细观结果表明根系的掺入使膨胀土内部产生贯通裂缝,是影响膨胀土持水和渗透能力的关键因素。本研究进一步揭示植被根系对膨胀土增渗作用的机理和规律,为综合评价植被防护膨胀土边坡效果提供参考。     

非饱和残坡积土强度随含水量变化试验研究

直接研究非饱和土的强度随含水量的变化,建立引入含水量的强度公式,具有重要的实用价值.在普通三轴仪上进行非饱和残坡积土的强度试验,试验结果表明,非饱和残坡积土的抗剪强度随着含水量的增大而明显减小,这说明水分对强度的影响剧烈.引入参数峰残应力比对非饱和残坡积土的应变软化特性进行了量化分析,发现最佳含水量为应力应变曲线从软化转变为硬化的临界含水量,且凝聚力c值随含水量的增加呈指数衰减,内摩擦角φ值随含水量的增加呈线性衰减.在此基础上提出非饱和残坡积土总应力强度公式,公式运用简单便捷,可为工程实际应用提供参考.     

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。     

膨胀岩饱和与非饱和渗透特性试验研究

膨胀岩边坡的破坏往往与水的入渗密切相关.而膨胀岩的渗透特性又是进行边坡渗流场以及稳定性分析的依据.基于此,以南水北调中线河南安阳段的膨胀岩为研究对象,进行了饱和与非饱和渗透特性试验.试验结果显示:在同一时刻,所有膨胀岩试样的下渗速度随着初始含水量的增大而减小;在0~400kPa的吸力范围内,膨胀岩体积含水量随着吸力的增加降低幅度较小.利用V-G模型将试验结果进行拟合,得出了该膨胀岩试样的土水特征曲线.同时,预测了膨胀岩试样的非饱和渗透系数计算公式.阐明了膨胀岩的持水性能,并为计算膨胀岩边坡在水分入渗情况下的稳定性提供了依据.     

非饱和土坡危险含水量分析

介绍了由于雨水入渗,使非饱和土坡的含水量发生变化,而含水量正是与基质吸力有着直接的联系;同时通过分析条件水压力和非饱和土的容重与含水量的变化规律,得到基质吸力、饱和度、非饱和土容重与整个土坡的稳定性规律,也就是安全系数与含水量分布的规律。得出当土坡处于危险状况下的含水量分布,即当土坡中的含水量达到危险含水量时,土坡处于危险状态。因此,通过监测土坡的含水量的变化,获得土坡的稳定信息,为生产和安全提供保障     

水位骤降条件下强透水基础岸墙填土渗流分析

根据强透水基础岸墙填土渗流的特点,基于饱和、非饱和土渗流理论,编写了水位骤降条件下的一维瞬态渗流差分程序,并用模型试验以及数值模拟验证了程序的可靠性。利用该程序研究了3个参数降水速度、渗透系数及土的饱和含水量对渗流过程中水压变化规律的影响。结果表明,降水速度及渗透系数对水位骤降过程水压的变化影响较大,土的饱和含水量则对此影响微弱。     

基于土水特征曲线的非饱和土强度预测研究

土水特征曲线反映了非饱和土体中的基质吸力与含水量,或者饱和度之间的关系,在非饱和土的渗流、强度、扩散等诸多方面的研究都会涉及土水特征曲线的相关理论。在前人研究的基础上,分析了土水特征曲线产生滞回效应的微观机理,将基质吸力产生的负压力对应于土颗粒间所产生正应力的增量,将体积含水量引入抗剪强度增量公式。认为非饱和土的强度分为土体处在饱和状态时的强度以及由于基质吸力所引起的强度增量两个部分,提出了非饱和土的强度预测公式;并通过定义等效含水率对公式进行修正。通过选取的四种材料参数对所提出的公式进行验证,结果表明强度预测公式与实际情况吻合良好,所提公式具有一定的适用性。在此基础上较为系统地分析了基质吸力对非饱和土体强度的贡献。     

降雨-蒸发作用下膨胀土边坡的非饱和渗流分析

针对非饱和膨胀土边坡问题,考虑降雨、地表水入渗、地下水径流、地表蒸发、植被蒸腾等因素的作用,运用二维非饱和渗流模型求解不同气候条件下膨胀土边坡孔压、体积含水量的变化情况,通过分析得到如下结论:①持续降雨后,坡体内吸力减小,其中坡脚处的孔压最先达到正值,其次是坡中,最后是坡顶,因此持续降雨可扩大饱和区的范围,使边坡安全度降低;②坡脚、坡中及坡顶处体积含水量的差异除与土体孔压相关外,还与土体的水分特征曲线参数相关;③降雨-蒸发的干湿循环促使膨胀土滑坡内部土体的孔压、含水量的变化,从而形成裂隙,减小强度,降低边坡的安全度.     

控制吸力条件下非饱和击实粉土特性的试验研究

为在控制吸力条件下实现非饱和土特性的三轴试验,描述了一种改进的非饱和土三轴仪,此三轴仪可以进行非饱和土的CD,CU,常含水量试验以及各向等压压缩试验,讨论了在该仪器上室内击实粉土的试验方法,过程和第一次试验,结果在吸力分别为50kPa,100kPa,200kPa的条件下完成了7个样品的排水剪试验,研究了试验土样的应力－应变关系、体变,强度,含水量变化特征,该项试验的项目是研究这种粉土的强度和变形特性,并为建立本构模型和数值计算提供必要的参数。     

基于微结构定量分析的非饱和土广义有效应力原理

为解决各种概念分歧,采用神经网络方法建立了非饱和土的广义吸力模型．该模型理论突出了土的微结构效应,将微结构状态和含水量状态结合起来研究非饱和土的吸力和有效应力,认为广义吸力由土体微结构和含水状态惟一确定。     

非饱和土抗剪强度指标c、Ф值与含水量ω的关系

该文通过理论和试验研究分析,探讨了非饱和土的抗剪强度指标c、Ф值随含水量ω变化的一般规律,随着非饱和土的含水量ω的增大,黏聚力c和内摩擦角Ф值都有减小的趋势,但是这种关系不是简单的线性关系。