原状膨胀土干湿过程中持水特性及孔隙结构分析

国内外学者对重塑膨胀土的持水特性和孔隙结构研究较多,但对干湿过程中原状膨胀土的持水特性和孔隙结构研究较少.运用WP4C仪量测原状与重塑膨胀土在脱湿与吸湿过程中的土水特征曲线,同时用压汞法量测脱湿到不同吸力时原状和重塑膨胀土的孔隙结构.试验结果表明：原状与重塑膨胀土的土水特征曲线均有明显的滞回特性,但原状膨胀土的滞回圈比重塑试样的要大.原状土的累计汞压入体积量曲线高于重塑土的,两者曲线变化特征一致;随着含水率的减小累积分布曲线整体向下移动.关于孔径分布曲线,原状样的孔隙分布曲线为单峰,但干化后原状样的曲线上单峰逐渐消失;干化后的原状土和重塑土的曲线具有相似性,颗粒间孔隙在0.1～0.01μm间均存在峰值,但积聚体内孔隙所对应的峰值存在差异;原状膨胀土的曲线波动幅度和频率较重塑膨胀土的大,且原状土的分布曲线具有明显的锯齿状,从而导致原状土具有更明显的瓶颈效应,这可解释原状样的滞回圈比重塑样大的现象.     

降雨条件下残积土的优先渗流机理分析

为揭示强降雨条件下残积土的优先流水分运移特性,基于双重孔隙模型,采用有限差分技术编制计算程序,对考虑与不考虑大孔隙的土体模型入渗进行比较,并对降雨强度、持时、基质域与大孔隙域间的水分传导系数(Ksa)等对水分非平衡迁移特性进行分析。结果表明,相同降雨条件下,考虑大孔隙条件下土体基质域湿润峰深度约为不考虑大孔隙条件下湿润峰深度的3倍,且同一湿润峰位置处的含水率较大。随着雨强和持时的增加,水流通过大孔隙入渗导致湿润峰深度快速增加,两域水分交换深度逐渐增大,但其峰值减小。增大Ksa值,土体基质域湿润峰深度逐渐增大,而大孔隙域湿润峰深度逐渐减小。     

天然花岗岩残积土大孔隙水分迁移特征的染色示踪试验

选取福州某地山坡天然花岗岩残积土为研究对象,借助亮蓝染色剂开展大孔隙水分迁移入渗试验,对原生态土体大孔隙分布特征及水分入渗情况进行研究.结果表明:天然土体表层土质松散、孔隙分布均匀,水分以均质流形式下渗为主,但同时部分大孔隙通道分布方向各异,存在高度不均匀性,水分与基质域间存在不同程度水分交互现象;染色面积随入渗深度呈...     

大气干湿循环作用下高液限土微观结构研究

高液限土边坡在降雨历时、雨后多呈浅层破坏工况。为探明不同干湿循环条件对原状高液限花岗岩残积土微观结构的影响，选取惠龙高速高液限土原状样开展干湿循环及扫描电镜试验，探究干湿循环作用前后原状高液限花岗岩残积土微观结构变化，定量分析定向度、丰度、面积孔隙率与面积孔隙比、等效直径、平均圆形度等微观特征参数变化规律。结果表明：干湿循环作用对高液限花岗岩残积土的损伤效应在微观上表现为孔隙裂隙的扩张，整体孔隙率增大；片状颗粒破碎严重，颗粒尺寸变小，原先较大的团粒分散成了更小的团粒，粒间黏聚力降低；颗粒不断向长扁状演化。该结果可为干湿循环作用下高液限花岗岩残积土强度衰减机制及边坡失稳破坏机理提供一定理论依据。     

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.     

干湿循环下花岗岩残积土胶结物溶蚀-微结构演化规律与力学行为

花岗岩残积土中的游离氧化铁粒间胶结作用使其具有高结构性和水敏性. 因此，在干湿循环过程中，粒间胶结氧化物被溶蚀，残积土表现出结构崩解重组和复杂的剪切变形特性. 为进一步研究干湿循环过程中花岗岩残积土中游离氧化铁溶蚀造成的土体组构变化及其对力学性能弱化的影响，进行一系列的宏微观试验以揭示不同干湿循环次数（0、1、2、4）下残积土的复杂力学特性. 研究结果表明，随着干湿循环次数的增加，花岗岩残积土的应力-应变关系将由弱应变硬化型逐渐转变为应变软化状态. 微观分析表明游离氧化铁会促使黏土颗粒胶结形成团聚体，随着干湿循环的进行其含量逐渐降低最终趋于稳定. 此外，原状残积土粒度分布（PSD）曲线呈现明显的双峰，然后在干湿循环或去除氧化铁后转变为单峰曲线. 反复干湿循环会削弱残积土的胶结结构特性，进而导致土体出现明显的软化特征. 在剪切过程中，残积土首先表现出剪切收缩特性，随后出现明显的扩张趋势. 随着干湿循环次数增加，残积土的有效黏聚力逐渐减小，但有效内摩擦角呈现逐渐增加的趋势. 干湿循环过程中花岗岩残积土复杂的力学性能特点是不可逆的体积收缩和胶粒含量的变化以及微裂缝发展之间的耦合效应.     

降雨条件下含大孔隙土柱水-气两相流试验

为揭示降雨条件下含大孔隙土中水—气两相流运移机制,基于室内人工降雨试验,通过自行设计试验装置并借助各类试验设备,对不同工况下大孔隙和基质域的含水率、孔隙水压力、孔隙气压力分别进行实时监测.结果表明：大孔隙的存在可明显加快水分入渗速率,使土柱湿润锋呈现漏斗状,大孔隙附近水分入渗速率明显较快(即产生优先流),但是降雨需持续一定时间才会产生优先流;模型箱底部边界开通有利于气体的排出,可降低孔隙气压力,从而更有利于水分的入渗;大孔隙存在情况下,增加降雨强度可加快优先流的产生,使水分更快地沿着大孔隙入渗至土壤深层,并沿着大孔隙壁向周围基质扩散.此外当降雨强度大于水分入渗速度时,会在土体表面形成积水,一定程度上增加孔隙气压力.     

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。     

前峰型降雨入渗过程双层地基基质吸力解析解

为揭示前峰型降雨入渗对双层地基基质吸力分布的影响，首先基于Richards 瞬态非饱和渗流方程，引入Gardner土-水特征函数，建立了前峰型降雨入渗作用下双层非饱和地基水分运移模型，利用拉普拉斯变换推导了前峰型降雨过程双层地基基质吸力瞬态解析解；然后通过与有限单元模拟结果对比分析，验证了该解析解是正确的.研究成果为快速预测非均匀型降雨入渗作用下双层地基基质吸力演化特性提供了便捷手段，可为雨季地基承载性能评价和防灾减灾提供技术支持.非饱和土；双层地基；降雨入渗；基质吸力；解析解     

原状花岗岩残积土大孔隙细观渗流场的格子Boltzmann模拟

选取福州某地原状花岗岩残积土作为研究对象,基于计算机断层扫描(CT)图像与格子Boltzmann方法,通过自编程序研究原状土样在大孔隙域中的细观渗流规律.结果表明:孔隙连通性好、孔径大的区域流体流速较大,且呈闪电状分布,而在孤立孔隙中流体无法流通;大孔隙渗流过程中存在明显的"指进效应",孔道中间流速最大,可达格子速度0...     

考虑气相作用的降雨入渗对非饱和土坡稳定性的影响

为了精细分析降雨入渗对非饱和土坡稳定性的影响,在考虑气相对降雨入渗过程的影响基础上,利用水-气二相流模型模拟入渗水流驱替土壤空气的水-气二相流过程,计算降雨入渗下土坡的孔隙水压力、孔隙气压力、基质吸力和含水量的变化;并建立了同时考虑由有效黏聚力、净法向应力,还有基质吸力引起的强度对边坡稳定的影响的非饱和土坡稳定分析模型．通过算例分析得出：无论是否考虑基质吸力的作用,由于降雨入渗改变了土体的净法向应力和土的容重,使得非饱和土坡的安全系数降低,而后的蒸发作用会使土坡的安全系数有所增大;在相同的渗流条件下,基质吸力的作用使同一滑动面上的安全系数增大．     

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。     

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。     

CT扫描视域下黏土干湿循环劣化机理

为研究干湿循环对黏土力学特性和微观结构的影响，通过一系列无侧限抗压强度试验和CT扫描测试从宏观和微观角度揭示了干湿循环对黏土的劣化机理。结果表明：随着干湿循环次数的增加，黏土的抗压强度保持指数性下降趋势，在经历4次循环后，抗压强度损失了40%左右，干湿循环达到8次后抗压强度基本达到稳定；CT扫描横剖面显示，在干湿循环过程中，裂隙从试样四周开始发育，并逐渐向内部扩展，裂隙的宽度和长度均持续增加，连续性也有所提高；随着干湿循环次数的增加，试样的逐层面孔隙率均明显增加，且不同层间的交界面孔隙率的增加更为显著，层间的裂隙最先发育，试样表面也有竖向裂隙发育，试样内部连通孔隙的数量增加，闭合孔隙的数量减小；不同次数干湿循环作用下黏土的孔隙率与抗压强度之间保持负指数性关系，当干湿循环次数达到4次后，孔隙率的增加对抗压强度的影响减小。     

降雨条件下饱和-非饱和土坡的渗流分析

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,分析降雨强度、降雨历时以及土壤饱和渗透系数等参数对非饱和土坡基质吸力的影响.分析结果表明:当饱和渗透系数较大、降雨强度小时,降雨入渗充分,孔隙水压力梯度变化大;饱和渗透性小时,降雨影响的深度变浅,基质吸力逐渐丧失;降雨初期,孔隙水压力梯度变化最明显,在降雨8 h之后,基质吸力完全丧失,对于土坡稳定安全不利.     

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。     

急速增湿条件下湿陷性黄土中桩基的承载性状

入渗增湿条件下,湿陷性黄土地区中桩基的承载性状会因桩周土基质吸力减小和湿陷变形而显著劣化,进而诱发一系列的工程问题。为了研究浸水前后湿陷性黄土中桩基承载性状的变化规律,进行模型桩的入渗试验,同时对桩周土体的变化（包括沉降、体积含水率、基质吸力）以及桩基承载性状的变化（包括桩顶沉降、桩侧摩阻力和桩端承载力）进行监测。将入渗过程中桩周黄土基质吸力变化与桩基承载性状的变化相关联,从非饱和土力学的角度阐明入渗前后桩基承载性状的变化规律和变化机理。研究结果表明,入渗过程中的桩顶沉降和桩端承载力不断增加,桩身轴力大致呈“ D ”型分布,最大轴力出现在入渗过程中。入渗过程中桩周黄土的基质吸力减小,产生湿陷变形,使桩侧摩阻力大小和方向发生改变,进而导致桩基承载性状的变化。基于非饱和土力学原理对传统的剪切位移法进行简化和修正,提出考虑桩周黄土湿陷变形影响的单桩沉降预测模型,并结合试验结果对理论模型进行验证。本文的研究成果有助于进一步完善复杂环境荷载作用下湿陷性黄土地区的桩基设计理论和工程性状评估。