非饱和膨胀土膨胀变形规律初探

利用轻便固结仪与压缩仪试验研究了不同状态(即不同的含水量、干密度、竖向压力)下膨胀土的膨胀量、膨胀力特性。在试验的基础上，对膨胀土的膨胀变形规律进行了初步探讨，并由此建立膨胀量与含水量、膨胀力与含水量及干密度之间的相关关系式。     

考虑体积质量变化时非饱和土的土压力系数

利用非饱和土的双应力状态变量表示方法，各向同性和线弹性非饱和土的本构方程以及饱和度与基质吸力之间的关系，建立了非饱和土在考虑基质吸力和体积质量沿深度变化时的静止．主动和被动土压力系数表达式。通过数值积分求出了考虑不同因素作用时的三种土压力系数，并得到以下一些结论：非饱和土的土压力系数不仅与相应的饱和土参数有关，还与深度和基质吸力的分布有关；压力系数在较浅处一般较小，随深度的增加而增大，且三种系数均有在一定深度范围内为零即在地面产生裂缝的可能，主动情况下裂缝深度最大；基质吸力沿深度线性减小时的土压力系数最接近饱和时的土压力系数，且基质吸力减小的越快。两种压力系数越接近。     

考虑土体开裂的膨胀土非饱和渗流分析

通过考虑与不考虑土体裂隙的对比研究，求解在给定入渗条件下的膨胀土边坡瞬态含水率分布和孔隙水压力分布，揭示了考虑裂隙影响的膨胀土边坡的渗流场变化规律，指出在降雨入渗条件下，必须考虑土体开裂的影响，才能得到符合实际情况的解答，并给出了裂隙对渗流场变化的影响途径。     

非饱和带冻结期土壤温度变化试验研究

设计了气温数字控制系统和非饱和带温度场自动监测系统,编制了相应的信息监测与处理软件,研究了非饱和带冻结期土壤温度变化特征。模拟实验结果表明,非饱和带土壤冻结过程中同样的气温降幅条件下,空气温度的变幅(3℃)远大于土壤表面温度的变幅(1℃),砂土要比亚黏土地表温度降幅大;冻结期土壤温度变化具有一定的时间滞后效应,其时间滞后效应随着土壤深度的增加而增大;不同类型土壤,其温度差别主要在土壤表层。     

考虑二维降雨入渗的非饱和土边坡稳定性分析

以非饱和土边坡体积含水率为控制变量,基于非饱和土水分运移基本方程建立了二维降雨入渗计算模型,并编制了计算程序.充分考虑降雨中的水平和垂直入渗及降雨过程中土体入渗能力的变化,建立了可考虑体积含水率变化的非饱和土边坡稳定性分析模型,实现了边坡稳定性的实时分析,并可搜索最危险滑裂面.通过具体工程案例的分析可知,边坡中的体积含水率与边坡的稳定性有密切的关系,其中边坡初始含水率影响最大,而降雨强度则较小.降雨对浅层边坡稳定性影响较大,随着降雨时间的增加,含水率由浅到深逐渐减小,而最危险滑裂面则逐渐向浅层移动.     

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。     

非饱和土路基水气迁移规律及其影响因素实验

非饱和黏土的水气迁移影响着路基服役期间的安全运行和长期使用性能的保障。研究非饱和土路基水气迁移规律对路基路床湿度的影响具有重要的工程应用价值和意义。本文通过室内试验模型,运用高低温交变恒温箱改变环境温度,模拟四季环境温度对水分迁移的影响。模拟非饱和黏性土气态水迁移过程,并进行影响因素的敏感性分析。获得非饱和黏性土的水气迁移规律并进行影响性因素评价,实验结果表明,非饱和土水气迁移过程中,含水率梯度对气态水迁移量影响较大;迁移时间对液态水迁移影响较大;低温环境下以液态水迁移为主,随环境温度升高气态水迁移量占比逐渐升高。含水率梯度,含水率水平,压实度,迁移时间,不同环境温度均对气态水迁移量均有贡献,其中压实度对其影响最小。在实际工程中应更重视水气两相迁移对路基土体性能的影响。     

非饱和土特性对朗肯土压力的影响

为研究非饱和土物理力学性质,进行了粉质黏土的物性指标试验、饱和三轴试验和土-水特征曲线试验。基于Fredlund非饱和土抗剪强度准则和饱和土朗肯土压力理论,得到非饱和土土压力计算方法和公式。运用所得公式和试验成果分别研究基质吸力、地下水位和渗流状态对非饱和土土压力的影响,分析土压力变化规律。研究结果表明:基质吸力对总主动土压力、总被动土压力的作用相反,在基质吸力影响下,被动土压力变化幅度可达300 k N/m;考虑基质吸力作用时,地下水位变化对土压力影响明显增大;从蒸发到入渗状态,被动土压力下降幅度大于主动土压力增长幅度。     

考虑井阻与涂抹的非饱和土竖井地基固结分析

基于等应变假设与Fredlund非饱和土固结理论,得到了考虑井阻与涂抹的非饱和土竖井地基固结半解析解.首先,引入两个新的变量,通过Laplace变换将控制方程组转化为易于求解的常微分方程组;然后,考虑井阻与涂抹条件,并将Laplace变换下的解用Crump方法编程实现Laplace逆变换,得到地基内任一深度的平均超孔隙...     

考虑降雨入渗的非饱和土边坡流固耦合数值分析

针对降雨入渗作用下非饱和土边坡的变形和稳定问题,运用ABAQUS有限元软件,建立二维非饱和土边坡流固耦合数值模型,对边坡渗流场、应力场和位移场进行分析,分析降雨入渗后边坡的孔压、饱和度、位移、塑性区扩展和安全系数的变化规律.结果表明:降雨入渗引起边坡孔压、饱和度、等效应力和位移增大,降雨强度减小和无降雨下,边坡孔压、饱和度、等效应力和位移减小回弹,边坡表层响应早于坡体内部;边坡坡脚最先出现塑性区,塑性区沿坡面浅层向上扩展,形成连续的塑性区贯通面;边坡安全系数在持续强降雨下持续减小,降雨强度减小和无降雨下,边坡安全系数增大回弹.研究结果可为非饱和土边坡的变形与稳定分析提供参考.     

非饱和土抗剪强度的研究

非饱和土强度一直倍受理论界和工程界的广泛关注.该文比较Bishop和Fredlund等常见的非饱和土强度公式的优缺点.基于Mohr-Coulomb准则,通过一种有效应力和土水特征曲线推导出一种新的非饱和土强度公式.该式既考虑吸力对强度的贡献,也兼顾了饱和度对强度的影响.由GDS三轴仪进行了非饱和膨胀土的剪切试验,并与相关的试验进行比较,结果表明该非饱和土强度公式是合理和有效的.     

非饱和土电渗加固的试验研究

电渗法是一种重要的处理软土的方法。电渗固结理论假设土是完全饱和的,而实际工程中处理的土多为非饱和土,电渗加固效果仍尚待研究。为此,采用自制的一维加固电渗仪,进行不同饱和度黏土的电渗对比试验,通过比较试验中电流、排水量、沉降、含水率、最终强度等指标的变化情况,研究非饱和土的电渗加固效果。结果表明,从电渗结束后土体强度增长幅度上看,含水率越低的土样强度增长幅度越小。与饱和土相比,电渗对非饱和土有一定的加固效果,但是加固效果不及饱和土。     

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。     

非饱和土抗剪强度分析研究

介绍了目前岩土工程界提出的非饱和土抗剪强度公式。同时还对Bishop、Fredlund和卢肇钧提出的抗剪强度公式中的参数测试方法进行分析,指出各种抗剪强度理论在概念上都是相同的,其区别仅在于确定由吸力产生的那部分有效应力时采用的参数和测试方法不同。     

非饱和土的渗透性函数试验研究

非饱和土渗透系数同时受到土的孔隙比和饱和度变化的强烈影响,不能假定为常数,它是体积含水量的函数,也遵从达西定律规律。本文通过体积压力板仪绘制非饱和土土-水特征曲线目,得到体积含水量的最大值和最小值,然后根据Marshall和Kunze．的修正公式推求非饱和土的渗透系数。     

非饱和膨胀土参数分析

本文对非饱和膨胀土进行了一系列的剪切蠕变试验研究,基于试验结果对膨胀土的各个参数进行了分析。结果表明：剪切模量随剪切水平的增加而减小;随含水量的增加也逐渐减小。相同剪切水平下,粘滞系数随竖向应力的增加而增加;相同竖向力下,粘滞系数随剪切水平的提高而减小。     

降雨对非饱和土边坡稳定性的影响

随着社会经济的发展,工程建设中的边坡工程逐渐增多,与此同时,边坡失稳问题也已成为工程建设中的一种灾害。由于近地表浅层土多为非饱和土,气候变化对其力学性状有很大的影响。在诸多边坡稳定影响因素中,降雨是最为突出的外部因素,特别是对于非饱和土边坡影响很大。本文从多角度探讨了降雨诱发边坡失稳的破坏机理,归纳总结了目前国内外考虑降雨入渗影响的土坡稳定性分析方法,并展望了今后边坡稳定性分析的发展趋势。     

非饱和土的力学理论

介绍了笔者多年来在非饱和土力学领域研究的主要理论成果.内容包括非饱和土的建模理论、应力理论、渗流理论、本构理论和固结理论,其中本构理论和固结理论都涉及线性、非线性、弹塑性、结构性、动力特性和热力特性等6个方面.     

非饱和黏土冻结过程中水热变化特性模型试验研究

为研究正冻土水热变化特性,对非饱和黏土进行单向冻结模型实验。结果表明:土在冻结温度附近降温速率最小、持续时间较长;靠近上表面土层降温快,较其下层土提前进入冻结;且冻结历时短;靠近顶面的测点温度曲线重合度不如其下层,可能是受外界次要因素干扰,深层土壤受此影响较小;正冻土温度分布曲线沿深度大致分为两段,冻结区线段斜率大于未冻结区,随冻结时间增长,非冻结区线段斜率先增大后减小,最终两段折线趋近为一段斜直线,此时温度沿模型高度呈直线形分布;未冻水含量变化拐点大致在冻结锋面处,距冻结锋面越近,吸力越大,水分迁移量越大,随冻结时间的增长,非冻结区水分迁移速度变大;未冻区土水势梯度最小,正冻区及冻结区土水势梯度大小关系并不明确;未冻水含量变化与温度变化一致,未冻水含量变化分为三个阶段:缓慢下降阶段、快速下降阶段、指数下降阶段。     

考虑多尺度孔隙耦合效应的非饱和膨胀土本构模型

颗粒型膨润土材料具有颗粒间孔隙、集合体间孔隙和集合体内孔隙等多尺度孔隙结构特征,传统非饱和膨胀土双孔模型（BExM）难以准确描述其宏观力学行为。在现有BExM模型的理论框架基础上,从颗粒型膨润土材料的三重孔隙结构出发,通过双加载屈服面方程和宏微观耦合效应函数表征膨润土颗粒混合物的多尺度孔隙弹塑性变形行为及其相互耦合关系。通过对比试验数据与模型模拟结果发现,模型可较好地描述非饱和颗粒型膨润土材料的膨胀力特征、膨胀变形特征以及宏微观孔隙结构演化规律。