孔隙度对黏性土渗透系数影响的试验研究

利用传统渗透系数经验公式计算黏性土渗透系数时,计算结果与黏性土渗透试验实测数据常存在一定的误差,对实际工程建设加固与修复产生较大影响。为修正此误差,选取两种不同的黏性土制成干密度不同的试样,结合变水头渗透试验研究黏性土孔隙比对渗透系数的影响,拟合黏性土孔隙比与渗透系数之间的函数关系,并分析讨论了传统渗透系数经验公式计算黏性土时误差较大的原因。研究成果符合黏性土的渗透规律,为工程防渗及地基沉降提供了参考。     

结合水对高液限土固结压缩特性的试验研究

高液限土的压缩沉降计算问题一直被广泛关注。为了研究结合水对高液限土压缩特性的影响,提高固结压缩量计算的精度,选取海南万洋高速公路的高液限土进行研究,采用容量瓶法进行了结合水含量的测试;开展了SEM电镜扫描与XRD射线衍射分析的微观试验,研究土体组成成分对结合水吸附性能的影响;提出考虑结合水含量的修正土体孔隙比计算方法,假定不同的结合水密度,进行了相同常规孔隙比及考虑结合水含量的修正孔隙比下的一维饱和固结试验。同时选用长沙砂性土进行以上试验作为对比研究。结果表明:海南高液限粉土的结合水含量远高于长沙砂性土;土体中的黏粒含量、亲水性黏土矿物的含量以及高岭石的叠状结构影响了结合水的吸附性能;结合水的密度约为1.3 g/cm~3,考虑结合水含量后两种土样的固结压缩量随时间变化一致,且试验结束后的含水率高于试样结合水含量,工程实践中难以脱去,可以归为固相的一部分,建议考虑结合水含量对高液限土的孔隙比计算方法进行修正,这对高液限土路基压缩特性以及工程应用具有实际意义。     

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.     

重塑黄土渗透系数的试验研究

通过不同渗透压强下的渗透试验研究了重塑黄土的渗透性。分别制取六种不同孔隙比的重塑土样和一种原状土样,进行渗透实验,渗透过程分别考虑了不同的孔隙比和不同压强对重塑黄土的渗透性的影响。结果表明:重塑黄土的渗透系数随孔隙比增大呈先增大再减小的趋势;重塑黄土的渗透系数随反压增大呈减小的趋势;加压阶段重塑黄土的渗透系数变化约为卸压阶段渗透系数变化的15倍左右;孔隙比越大渗透对土体结构影响也越大。重塑黄土的渗透性的研究,为土的阻污性及土工合成材料的渗透性的研究提供数据支持,同时为工程实践提供参考。     

软黏土渗透系数的归一化性状研究

通过收集、整理不同软黏土的变水头固结渗透试验数据,分析其在压缩过程中渗透系数的变化规律。研究结果表明,尽管液限含水率不同导致不同软黏土的e - log k曲线相差较大,但是通过引入归一化参数e / eL,可以有效地将液限含水率介于43% - 106%之间的软黏土e - k关系曲线归一化至两条相交直线。基于软黏土的这一归一化特性,提出了压缩过程中软黏土渗透系数的预测表达式。     

海陆交互相黏性土蠕变试验与经验模型研究

海陆交互相沉积土是在复杂的沉积环境下形成的,其力学性质与其他沉积土有所区别.针对大连海陆交互相黏性土原状样,采用三轴排水蠕变试验对黏性土的蠕变特性进行了研究,分析了轴向应变、体应变、轴向应变速率与蠕变时间、偏应力间的关系.基于蠕变试验结果,耦合Mesri模型与三次多项式,建立了可以描述土体衰减蠕变与加速蠕变过程的经验模型.结果表明,该地区土体具有典型的非线性蠕变特性,随着偏应力的增加,非线性蠕变特性愈加明显.在低偏应力作用下,蠕变过程表现出衰减蠕变与剪缩特性;在破坏偏应力下表现出加速蠕变与剪缩、剪胀交替特性.轴向应变速率随着蠕变时间的增加而减小,随着偏应力的增大而增大,而偏应力对m值(曲线斜率)的影响较小.试验结果与模型计算结果吻合较好,表明新建模型适用于描述该地区海陆交互相黏性土的蠕变特性.     

基于剑桥模型破坏准则黄土高边坡稳定性研究

对剑桥模型的破坏准则并进行了补充改进,使其适用于黄土高边坡稳定性分析。通过室内试验取得了不同含水量下黄土的抗剪强度参数及对应的临界应力比。采用FLAC有限差分软件对不同坡角的边坡进行数值计算;并用MAPGIS软件DTM空间分析功能对计算结果进行图形后处理。基于以上工作,研究黄土高边坡体内应力分布特点、黄土高边坡稳定的应力影响因素、潜在不稳定区域和边坡破坏模式。探讨含水量变化对边坡临界应力比和实际应力比的影响规律,分析应力比变化对边坡稳定性影响程度。揭示随着含水量的增加,内摩擦角和黏聚力减小对边坡稳定性影响的不同力学意义。     

三维颗粒流数值模型的胶结砂岩力学特性

为了更好地反映砂岩胶结性状对力学特性的影响,以油藏储层砂岩为研究对象,建立基于平行粘结接触的三维颗粒流数值模型(PFC3D)用以模拟剪切试验中砂岩结构的破坏机理.进行PFC3D的二次开发描述平行粘结分布和力学性质,分析剪切过程中砂岩体应力比、体应变、配位数和粘结破坏与应变之间的关系,通过接触网络的演化说明力链的重要作用,验证了数值模型的可行性.对比研究了不同胶结半径比、平行粘结刚度和胶结量变化对胶结砂岩力学特性的影响,阐明了胶结性状对砂岩结构受力的控制作用,为建立特定条件的胶结砂岩破坏机理提供了科学依据.     

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.     

基于ArcGIS的黏性土拉伸与剪切破坏面微观结构研究

为进一步揭示拉伸与剪切对黏性土的破坏机理,对拉伸、剪切破坏面及内部初始结构分别进行SEM测试,并利用ArcGIS对SEM图像进行三维可视化与量化参数提取.研究结果表明：初始结构面上颗粒与孔隙完整且分布自然;剪切破坏面较平整,面上颗粒碎散且呈片状结构,凸起颗粒或集聚体边缘存在被“拔起”现象;拉伸断裂面为不规则曲面,局部存在深凹,颗粒或集聚体被“拔起”现象更为普遍且更高;剪切破坏面上颗粒破碎程度最大,三维孔隙度最小;“拔起”现象会提高颗粒集团化程度,降低颗粒三维分形维数,拉伸断裂面的颗粒三维分形维数最小;不同放大倍数会通过观测范围的改变而影响量化参数的数值,但不同破坏面间的相对关系保持不变.     

饱和粘土一维固结系数的非线性研究

采用粘土的半对数压缩曲线、修改后的达两定律、挖孔隙比与渗透系数和塑性指数之间的关系式等，推导了饱和粘土在考虑几何非线性、起始水力坡降和渗透系数非常数情况下维渗流固结系数的表达式。公式表明，固结系数是有效应力和孔隙比的函数，同时与土的初始孔隙比、压缩指数、塑性指数等有密切关系；固结系数随有效应力或孔隙比的变化而变化，其趋势由压缩指数和塑性指数之间的关系决定，对大多数粘土，固结系数随有效应力的增大而减小。上述结构与时间对数法和时间平方根法很好吻合。     

基于非饱和渗流原理的路基含水率预估

为了研究路基内含水率分布规律,确定地下水位、降雨和蒸发作用对路基材料含水率的影响,建立了基于非饱和渗流原理的有限元模型,进行稳态及瞬态的渗流计算,模拟粉质粘土、砂质粘土、亚粘土和亚砂土4种路基及边坡材料含水率的变化规律;通过埋设频域反射仪得到路基含水率年变化规律。研究结果表明：4种路基的含水率均随地下水位的升高呈指数形式上升,持续的降雨和蒸发作用对路基边坡影响深度范围为0.2～0.6m;基于非饱和渗流原理的有限元模型对路基含水率的预估具有较高的精度,能够达到工程应用要求。     

基于离散型二项式系数组合模型的黄土湿陷性评估

为了快速精确地利用基本物性指标预测湿陷性黄土的湿陷性系数,基于多种数据挖掘方法提出了离散型二项式系数组合预测模型。首先,采用相关系数法和随机森林重要性指数法综合选取模型基本物性指标为饱和度、干密度、液性指数和天然含水量;然后,分别利用多元线性回归、BP神经网络、支持向量机回归（SVR）和随机森林（RF）回归对黄土湿陷性系数进行预测,并将预测结果进行组合,得到4种单一模型、2种传统组合模型和离散型二项式系数组合模型预测结果;最后,利用6种不同精度指标对上述7种预测模型展开精度分析。结果表明：组合预测模型精度整体高于单一预测模型,且提出的离散型二项式系数组合模型各精度指标均为最优,平均相对误差为3.43%。可见提出的离散型二项式系数组合模型可为湿陷性黄土地区的工程设计提供参考。     

基于颗粒流方法的碎石渗透系数分析

渗透系数是级配碎石渗流特性的重要参数,通过颗粒流数值方法建立碎石土渗流计算模型,利用流动方程和水压方程以及碎石之间的应力变形响应进行耦合计算,得到相应级配碎石的渗流系数,数值计算结果表明:颗粒流数值分析方法(PFC)适用于模拟任意形状、大小的单元集合体,允许单元在受力过程中发生开裂和运动.颗粒流不需要给出材料的宏观参数,只需给出材料的细观参数,通过细观结果的累加,PFC可以模拟材料在宏观状态下的表象.给出的9种级配碎石的渗透性远大于规范要求的级配集料的渗透系数,渗透系数均满足工程要求,但综合比较,孔隙率较大的碎石3类较优.     

硫酸钠盐渍土渗透特性研究

盐渍土内部水分渗流过程是影响区域生态环境演变、水资源利用以及工程施工、使用安全的重要因素.为预测饱和硫酸钠盐渍土渗透系数曲线,通过修正土水势模型推导了饱和盐渍土渗透系数计算模型,并通过渗透试验验证该计算模型的可靠性;此外,通过室内渗透试验研究了微纳米材料对盐渍土渗透性的影响.结果表明:渗透系数计算模型可较好反映饱和硫酸钠盐渍土渗透系数的变化规律,渗透系数随着含盐量的增加而减小,当含盐量大于2%后变化很小.硫酸钠盐渍土的渗透系数随着纳米二氧化硅的掺量增加而减小,随着纳米碳酸钙的掺量增加先减小后增大,随着相变材料的掺量增加先增大后减小并趋于稳定.     

湿度波动下黏质土路基回弹模量演化规律

历经多次干湿循环的路基土,其力学性能劣化现象非常突出,路基的路用性能也随之衰减.基于室内试验研究含水率周期性变化对路基回弹模量的影响规律.遵循现场测试含水率变化态势,利用"透水石渗水—静置—烘箱脱水—透水石渗水—静置—烘箱脱水……"一系列湿度循环来模拟现场路基土的含水率波动过程,同时测试其回弹模量.结果表明:黏质路基土回弹模量受含水率变化的影响非常明显,回弹模量随湿度循环次数的增大而减小;在相同的应力状态下,黏质路基土的平衡含水率越高,其回弹模量值对含水率的周期性变化越敏感,且回弹模量值趋于不稳定状态.     

三维宽浅河道水流数学模型研究

针对宽浅河道水流的特点,建立了一个基于分层积分降维数值解法的三维浅水紊流数值模型。通过对弯道水流的验证计算,其计算成果和试验值能较好地吻合。笔者等建立的数学摸型特别适合用来解决宽浅河道及河口水流问题。     

基于时间序列模型与灰色模型的组合预测模型的研究

为了能有效地提高预测模型的精度,提出了组合预测模型.本文首先利用APdMA模型对时间序列数据进行模型的识别和拟合,然后由比较可知优化后的GM(1,1)模型拟合和预测效果好于GM(1,1)模型,最后通过赋予合理权重结合ARIMA模型和优化后的GM(1,1)模型两种方法得到ARIMA-GM的组合预测模型.预测结果表明:组合模型的预测准确性高于各个模型单独使用时的准确性,组合模型发挥了各个单一模型的优势.     

基于内聚力模型的锈蚀砼梁抗弯刚度

粘结性能退化是导致锈蚀钢筋混凝土构件力学性能下降的主要因素之一,基于锈蚀构件粘结性能实验研究成果与内聚力模型,建立了有厚度的双线性内聚力单元与分离式钢筋混凝土梁分析模型,引入粘结界面层,研究了粘结性能退化对锈蚀钢筋混凝土梁抗弯刚度的影响。结果表明,双线性内聚力单元可以有效模拟钢筋与混凝土之间的粘结机制,而根据锈蚀深度确定的有厚度的粘结单元能合理描述锈蚀程度对粘结性能的影响。数值分析结果与实验及经验公式对比,表明了文中方法的有效性和合理性。     

基于DAGF模型的高速公路运营可持续性评价

文中对高速公路运营可持续性的影响因素进行分析的基础上,从经济、环境、社会和技术四个方面入手,提出并构建了高速公路运营可持续性评价指标体系;并运用基于DAGF的综合评价方法对长潭高速公路的可持续发展现状进行了实证分析和研究;得出长潭高速公路的经济、环境、社会和技术四个方面的可持续发展状态。