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。     

非饱和玄武岩残积土剪切特性试验研究

非饱和土中的基质吸力对其抗剪强度特性有重要的影响。选取贵州毕威高速公路沿线的玄武岩残积土样,采用非饱和直剪仪进行控制基质吸力的剪切试验。试验结果表明,在不同的基质吸力和净法向应力作用下,重塑试样由于结构性遭到彻底破坏,应力应变关系表现为应变硬化型。在300 kPa的基质吸力范围内,基质吸力对黏聚力影响显著,对有效内摩擦角基本无影响。非饱和玄武岩残积土的抗剪强度与基质吸力基本呈线性关系,非饱和抗剪强度参数φ~b=19.4°,验证了非饱和土双应力状态变量抗剪强度公式的适用性。     

非饱和油田白垩渗透特性的试验研究

利用改进的常水头压力渗透仪对非饱和油田白垩进行了试验研究,试验中采用轴平移技术来控制基质吸力,据以研究非饱和油田白垩的渗透特性及其影响因素.结果表明,油田白垩的渗透性与其所承受的应力、渗压梯度和基质吸力都有着密切的联系.随着围压的增大,白垩孔隙比和油渗透性都随之下降,表现出明显的压敏效应;渗压梯度的增大,在一定程度上降低了油渗透系数;注水作用使白垩内部含水量提高、基质吸力降低,并使油渗透性降低.上述研究成果为在石油开采工业中探索提高原油采收率的新技术提供依据.     

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.     

基质吸力对非饱和土抗剪强度影响的试验研究

在非饱和土条件下产生的负孔隙水压力(基质吸力)对于预测如边坡、挡土墙、挖方工程、基础工程之类的土石结构的稳定性十分重要.为了探讨基质吸力对非饱和土抗剪强度的影响,采用非饱和土固结排水三轴剪切试验对此进行了研究.试验采用恒定的净周围压力和变化的基质吸力,以反映基质吸力的变化对抗剪强度的影响.通过对试验结果的分析可以得到如下的结论:表示基质吸力对抗剪强度的平均增加率的参数Φb为20.7°,在较小的基质吸力范围内基质吸力与抗剪强度之间存在着线性关系.     

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,分析了降雨强度、降雨持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:雨水入渗引起土壤基质吸力的大量丧失;降雨强度对饱和渗透系数较大土坡的基质吸力变化的影响较小。     

吸力控制下非饱和土的动力特性

以非饱和粉砂为研究材料,利用非饱和土动三轴仪,在3种不同净应力和5种不同基质吸力的工况下,对试样进行循环荷载下的动三轴试验,得出了非饱和粉砂的动弹性模量与阻尼比,并讨论了它们随着动应变、净应力、基质吸力的变化规律:1)在净应力和基质吸力一定的情况下,动弹性模量随着动应变的增大而减小,阻尼比随着动应变的增大而增大;2)在净应力和动应变一定的情况下,动弹性模量随着基质吸力的增大而增大,阻尼比随着基质吸力的增大而减小;3)在基质吸力和动应变一定的情况下,动弹性模量随着净应力的增大而增大,阻尼比随着净应力的增大而减小.     

宁明非饱和膨胀土的抗剪强度

用GDS非饱和三轴试验系统对宁明膨胀土进行了饱和状态下的固结排水试验以及控制基质吸力的非饱和三轴排水试验,分析得到了不同基质吸力下非饱和土的总粘聚力及吸附强度与吸力之间的关系.并对试验结果进行了数值拟和,由此获得了宁明膨胀土非饱和抗剪强度表达式.将参考文献中同类试验结果代入,同样满足此关系.     

厦门地区非饱和残积土抗剪强度的试验研究

非饱和残积土是厦门地区诸多填方工程的工程用土,而岩土工程的强度与稳定性问题都涉及到非饱和土的抗剪强度及其指标.采用滤纸法测定非饱和残积土的基质吸力,通过一系列的直接剪切试验,测定不同初始含水量状态下土的抗剪强度及其强度指标.试验结果表明:基质吸力随着含水量、体积含水量或饱和度的增加而减小.当含水量小于16%,体积含水量大于35%或者饱和度大于70%时,基质吸力对含水量的变化非常敏感.在低基质吸力区,抗剪强度随着基质吸力的增加显著增加,表观粘聚力随基质吸力的增大而线性增加;在高基质吸力区,强度随基质吸力的增加变化不大,表观粘聚力的增长速率减小.表观内摩擦角仅在基质吸力较小时增加而后可近似为某一定值.     

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。     

裂隙岩体非饱和渗流研究综述

综述了国内外裂隙岩体（主要是细、微裂隙岩体）非饱和渗汉的研究情况,首先,评述了现有的测定和确定单裂阳非饱和水力参数的几种方法的优缺点,为单裂隙非饱和水力参数的提供了理论依据,其次,分析了目前用行求解裂隙岩体非饱和渗流的四种数学模型的优缺点,为选取合理的数学模型用于解具体的裂隙岩体非饱和渗流问题提供了参考依据,最后,在上述基础旧提出了一些需要进一步研究的问题。     

非饱和土力学行为的三维离散元分析

基于离散单元法颗粒流理论,土体颗粒单元间采用Hill接触模型来考虑非饱和土中吸力的作用,建立了非饱和土的颗粒流模型。根据室内试验结果对模型细观参数进行标定,开展了固结排水三轴剪切试验离散元数值模拟,揭示了在不同围压和吸力下,模型试样的应力-应变关系与强度特性等宏观力学性质以及细观信息平均配位数的变化规律。根据不同吸力下的莫尔-库伦破坏包线,建立了吸力与抗剪强度参数之间的关系。此外,通过标定室内试验结果中不同含水率下的应力-应变曲线,建立了Hill模型中吸力与含水率的关系。研究结果表明：Hill接触模型可以较好的模拟非饱和土的力学行为,可为非饱和土的离散元模拟提供参考。     

随机裂隙网络非饱和水力参数的数值模拟

使用蒙特卡洛方法建立了随机裂隙网络,并使用分形几何方法建立了不同水力隙宽裂隙的非饱和水力参数。在此基础上,根据流量平衡原则,计算了不同毛细压力下的随机裂隙网络的有效饱和度和不同方向上的相对渗透系数,发现不同方向上的相对渗透系数差别不大。并使用VG模型对计算结果进行了拟合,拟合结果发现,VG模型值和数值计算结果吻合较好,验证了VG模型对随机裂隙网络也是适用的。     

泵站进水流道设计理论的新进展

针对传统的进水流道设计理论建立在一维流动的基础上,存在着难以自圆其说的矛盾的情况,计算、分析了进水流道内的基本流态,简要介绍了建立在三维流动理论基础上的进水流道优化水力设计的基本思路,给出各种形式进水流道优化水力设计的主要结果及工程应用实例。     

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．     

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。     

泥石流启动试验的数值模拟研究

采用离散元颗粒流程序PFC3D(Particle Flow Code)对泥石流启动过程的模型试验进行数值模拟研究.考虑泥石流启动过程中砂土的非饱和特性,在前期研究的基础上对模型进行改进,利用微小颗粒模拟水团,并通过设置黏结模型模拟土颗粒间的基质吸力.将数值模拟结果与室内模型试验进行对比分析,分析得出泥石流的启动表现为后部土体推挤前部土体快速下滑.非饱和状态下,颗粒间的基质吸力提供了一定的土体强度,当渗透力和重力引起的下滑力克服这种颗粒间的黏结力时,土体由非饱和状态逐渐转变为饱和状态,泥石流才会启动.与原有未考虑非饱和特性的数值模拟方法对比,结果表明,使用PFC3D并考虑土体非饱和特性,可以更接近地模拟流滑型泥石流的破坏形态和启动过程.     

进水流道对立式混流泵装置能量特性的影响

采用计算流体力学方法,对三个不同的进水流道设计方案所组成的立式混流泵装置进行了内流数值模拟．在分析进水流道基本流态的基础上,对进水流道出口水流条件以及水泵装置能量特性进行了定量计算．数值计算结果表明,水泵的设计进水条件与水泵装置中的水泵进水条件存在明显差异,进水流道水力设计对立式混流泵装置的能量特性有显著的影响,工程设计中应重视进水流道的选型以及进水流道与水泵性能最佳匹配的研究．进水流道水力设计优化可有效地改善进水流道出口流态,确保水泵有良好的进水条件,大幅度提高水泵装置效率。