某滑坡滑带土的土水特征曲线试验研究

文章采用Tempe仪测定了某滑坡滑带土的水质量分数与基质吸力的对应关系,利用指数衰减函数对该土水特征曲线进行描述,并确定了该土样的残余水质量分数;结合土水特征曲线的性质对指数衰减函数中的参数的物理意义作了明确的定义,结果证明该公式简单明了及适用性强。     

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。     

基于土水分特征曲线的废弃泥固化机理研究

根据废弃泥固化土的颗分曲线建立土水力特性的分形模型,用固化过程中低吸力阶段的实测值拟合模型中的参数,获得完整的固化土水分特征曲线.采用得到的水分特征曲线建立毛细水、吸着水、蒸发水和结合水的定量化计算模型,从定量的角度对废弃泥固化的机理进行分析.结果表明,所建立的模型能够实现对固化过程中所生成的不同类型水分的定量计算,固化过程中蒸发水主要来自毛细水,而发生固化反应生成的结合水主要来自吸着水.     

土水特征曲线的一个滞回模型

分析土水特征曲线滞回模型在非饱和土计算,尤其在非饱和土干湿循环过程计算中的作用.介绍Li的滞回模型并指出该模型存在扫描曲线易于出界的不足.基于Li建模的思路,建立一种新的预测模型,并对其进行修正.修正后的模型可以解决Li滞回模型中存在的问题.通过与试验结果比较,发现该修正模型得出的扫描曲线与试验点吻合较好.     

基于数据挖掘的土水特征曲线影响分析及预测研究

影响土水特征曲线的因素很多,探讨非饱和土赋存环境中各因素的作用特征和主导因素的影响机理显得尤为重要.以已有试验曲线及大量数据为基础,采用数理统计分析和机器学习方法,以土水特征曲线的3个特征值(进气值、减湿速率、残余含水率)为切入点,分析不同影响因素对曲线特征值的敏感性程度及影响机理,并开展基于遗传神经网络的预测研究.研究结果表明：(1)根据Spearman相关系数结果,至少有8个影响因素与上述3个特征值存在不同程度的相关性;(2)结合偏相关及机器学习分析,塑性指数与干密度无论对进气值、减湿速率或是残余含水率都发挥着主导性作用,颗粒级配的影响排在第三位,且有效粒径d₁₀的作用最明显;(3)相同影响因素对不同特征值的作用程度也存在差异性,塑性指数对减湿速率、进气值和残余含水率的影响均较大;干密度对进气值的作用要略大于其对残余含水率的影响;颗粒级配对残余含水率的影响最大,对减湿速率的影响最弱;干湿循环主要对进气值和减湿速率有一定影响;(4)获得了3个特征值受干密度、塑性指数共同影响下的分布规律,并针对不同种类土给出了各特征值的参考范围;(5)基于BP神经网络优化后的GA...     

基于GIS的城市交通网络分形特征研究

针对目前城市分形研究注重城市体系，对大都市城市个体形态生成演化的分形本质研究相对滞后的特点，尝试通过城市交通网络结构演化这一新的层面，拓展城市演化的分形本质研究，简要介绍了交通网络空间结构的分形测度-半径维度的定义，地理意义与测算方法，以上海基础交通网络信息GIS为支撑，分别对上海城市全域，浦西、浦东两分地域，几个行政城区进行了分形维数测算，结果表明，就城市全域而言，依据原城市“中心”与新开发的浦东陆家嘴“中心”所测算的分维数分别为1.56与1.66，二者相接近，也与国外一些相似的研究结果报道一致，表明交通网络存在分形本质的城市共性，就浦东浦西两分割地域而言，开发历史悠久的浦西中心城区，交通网络密度与复杂度远高于浦东地区，反映在分形维数上浦西1.57远高于浦东的1.37，就行政辖区而言，历史久远的中央商务区所在的卢湾、静安两区。分维数高于新发展的宝山、闵行，突显了老建成区的道路，交通网络的复杂性特征，论证了分形理论在城市内部结构和形态演变研究中的可应用性，初步揭示了上海交通网络空间结构在全市地域和有关行政区内的分形特征，讨论了交通网络的空间结构与经济发展的联系。     

安庆市土壤颗粒的分形特征研究

以土壤颗粒的机械组成数据为基础,采用分形模型,计算了安庆市土壤颗粒的分形维数.结果表明:土壤颗粒分形维数D为2.6020-2.8790,平均值为2.7537.由于不同样点土壤的颗粒组成及质地不同,土壤颗粒的分形维数差别很大,D随土壤质地的变细而增大.从空间分布上看,研究区域的西北部和东南部D值较大,而中部及小部分山区土壤颗粒分形维数相对较小.分形维数为2.7131-2.7690的土壤分布面积最大,达到6150.6km2,占安庆总面积的40.2%.土壤分形维数和土壤质地、土壤类型、母质、植被以及地形等环境因子密切相关.     

红层软岩泥化夹层土水特征曲线影响因素

为探讨红层软岩泥化夹层土-水特性的变化规律及影响因素,采用体积压力板仪对不同初始状态的泥化夹层土进行试验研究.选取van Genuchten模型对试验结果进行拟合.试验结果表明:(1)初始含水质量分数大的试样,进气值、残余含水质量分数也大,进气值随初始含水质量分数变化敏感性在高干密度时明显降低;(2)初始干密度大的试样,进气值明显增大,这种变化幅度在低初始含水质量分数时更大.同时土-水特征曲线斜率变得更缓,试样残余含水质量分数增高;(3)粗粒质量分数高的试样,进气值降低,持水能力增强,残余含水质量分数更低.     

应力状态对土-水特征曲线的影响规律

为系统地探讨不同应力状态对土-水特征曲线的影响,以河南新乡地区的黏土为对象,采用非饱和固结仪与双室三轴仪分别研究K0和等向应力状态对压实黏土的土-水特征曲线的影响规律。试验结果表明:低应力(小于100 kPa)下等向应力状态对土-水特征曲线的影响与K0状态相似,固结后孔隙比不同决定着土-水特征曲线的形状有所差异。土体的空气进入值随着孔隙比的减小而增加,土体进气后,干燥与增湿曲线的斜率随着孔隙比的增加而增大,且孔隙比较大时土体的滞回特性更明显。     

基于正态分布的土水特征曲线独立域滞后模型

首先对非饱和土土水特征曲线滞后现象的产生机理与影响因素进行了探讨,总结并分析了各类滞后模型的原理和优劣.在此基础上引入研究土水特征曲线滞后现象的独立域模型理论,根据非饱和土干湿循环过程各个阶段的特点,分别建立了干燥/浸湿边界曲线、干燥/浸湿扫描线的积分方案.然后假定水量分布函数在整体域上符合正态分布,建立了基于正态分布的土水特征曲线独立域滞后模型,并提出了相关的修正方法.最后将该方法应用到已有试验数据的分析中.研究结果表明,该方法可较好反映非饱和土土水特征曲线的滞后现象,根据具体的干湿过程改变积分路径,即可实现扫描线的解算.     

Estimation of soil water retention curve: An asymmetrical pore-solid fractal model

The soil water retention curve is an important hydraulic function for the study of flow transport processes in unsaturated soils. The objective of this study was to develop a soil water retention function using a generalized fractal approach. The model exhibits asymmetry between the solid phase and pore phase, which is in marked contrast to the symmetry between phases present in a conventional fractal model. The retention function includes 4 parameters: the saturated water content θs, the air entry value ha, the fractal dimension Df, and an empirical parameter β, characterizing the complicated soil pore structures. Sixty one data sets, covering a wide range of soil structure and textural properties, were used to evaluate the applicability of the proposed soil water retention function. The retention function is shown to be a general model, which incorporates several existing retention models. The values of β/θs and (θs-θr )/β were used as indexes to quantify the relationships between the proposed retention function and the existing retention models. The proposed function fits all the data very well, whereas other tested models only match about 16%-48% of the soil retention data.     

新集F10断层组断层泥分维及其水文地质特征

为研究断层水文地质特征,以新集F10断层泥数据为对象,依据分形原理,采用筛选法和悬浮相结合的方法对采自新集F10断层及其伴生断层的断层泥进行分形研究,对颗粒粒度进行分布分维。研究发现：分维值与断层的活动方式、地震几率、黏粒质量分数、渗透性、黏聚力、内摩擦角等参数有紧密的相关性,能够从多方面体现断层带的水文地质性质。     

粗粒土的级配方程及应用

采用二次函数建立了颗粒含量P与相对粒径x自然对数的非线性关系,提出了一种可以描述连续级配粗粒土的级配方程,验证了方程的适用性。将非连续级配粗粒土级配曲线离散为局部连续级配曲线,通过坐标变换,在连续级配方程基础上构建了非连续级配粗粒土的级配方程,采用数据论证了该方程的适用性,结果表明非连续级配方程可以很好地描述复杂形态的级配曲线。基于已有试验数据对连续与非连续级配方程进行了应用分析。结果表明,非连续级配方程计算Hardin相对破碎率与实测值更为吻合。本文研究成果将有助于理解粗粒土工程特性与级配的关系。     

Coercivity of fractal aggregates formed by single—do—main particles

Ｃｏｅｒｃｉｖｉｔｙｏｆｆｒａｃｔａｌａｇｇｒｅｇａｔｅｓｆｏｒｍｅｄｂｙｓｉｎｇｌｅ－ｄｏ－ｍａｉｎｐａｒｔｉｃｌｅｓＷａｎｇＱｉａｎ，ＳｕｎＱｉａｎｇ，ＬｉＪｉａｎ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＰｈｙｓｉｃｓ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＣｈｉｎａＮｏｒｍａｌ...     

阿勒锦岛岸坡非饱和土土-水特性曲线实验研究

研究基质吸力与含水率或饱和度的关系,对天然岸坡无堤利用具有重要意义。采用TFB-1型非饱和土应力应变控制式三轴仪,对阿勒锦岛天然岸坡非饱和原状土土-水特征曲线及变化规律进行实验研究。运用两种实验方法进行对比,采用轴平移技术控制基质吸力,用Van Genuchten模型对土-水特征曲线作拟合分析。结果表明:非饱和土体积含水率随着基质吸力的增加而递减,逐渐趋于稳定值,约为15%,当体积含水率小于15%后,非饱和土的抗剪强度将逐渐提高;整个土-水特征曲线呈现"S"形,符合经典土-水特征曲线大致趋势,且具有明显的阶段性特征。     

基于分形级配理论的油井水泥体系设计及评价

针对目前油井水泥混合料配比设计困难、缺乏合理颗粒级配模型的现状,基于分形几何理论建立了颗粒群分形连续级配模型.利用激光粒度测试仪分析了级配原材料的粒径分布状况,并将分形级配模型与Andreasen方程进行对比,得到实现最紧密堆积的分形维数范围.结合塔里木现场要求取分形维数为2.561,优化设计出浆体密度为1.40 g/cm3的三元体低密度水泥浆体系,并对体系性能进行了室内评价.结果表明,该体系水泥石抗压强度(24 h)大于18.4 Mpa,养护压力对强度影响很小,水泥浆失水量和游离液含量较低,稠化和流变性能满足要求,体系稳定性好,验证了体系粒径分布的合理性和分形级配模型的可行性.     

基于分维与粒子群的裂纹扩展在线监测

采用分形计盒维数计算模拟裂纹扩展信号的分维数,运用改进的能量差法自动拾取断裂信号的初至时间,依据时间差定位方法(TDOA)的原理和适应度函数,采用粒子群优化算法(PSO)得到最终的定位结果。试验采用均质的有机玻璃,用铅笔芯断裂信号来模拟裂纹扩展信号,通过在3个已知坐标点做若干次铅笔芯断裂试验,最终得到的定位结果显示,依据时差法原理,采用分形计盒维数与粒子群优化算法的定位方法有其可行性,准确度较好。此方法给结构损伤的定位提供了一个新的思路。     

三峡库区典型消落带土壤粒径分布及分形特征

为揭示三峡库区典型消落带土壤的独特性,通过野外调查和实验室定量分析,研究了消落带典型区阶地土壤粒径分布和分形特征。结果表明：该典型消落带土壤分形维数在2.80左右;共有3种质地的土壤,分别是壤质黏土、粉砂质黏土、黏壤土,两种黏土的分形维数不存在显著差异,黏土和壤土的分形维数差异显著且分形维数以黏土的较大。土壤粒径随高程增加表现为由尖峰胖尾分布向尖峰分布变化,在降水和江水的双重作用下,较高高程处小颗粒土粒含量较低,而较低高程处小颗粒土粒含量较高。淹水年限为3 a和1 a的不同植被类型下消落带土壤分形维数不存在显著差异。     

基于分形理论的雷电冲击土体等离子体通道发展研究

等离子体通道对岩土体破坏过程具有内动力作用，针对雷电冲击岩土体后的等离子体通道发展进行研究，从电击穿的角度构建岩土体击穿通道的随机概率模型，采用拉普拉斯方程计算电场，引入分形理论计算发展概率，得到等离子体通道路径模拟图。采用盒维数法计算分形维数来反映等离子体通道发展情况，分析了土体电阻率、雷电流幅值及内部电压降对分形维数的影响规律。结果表明：随着土体电阻率增大，分形维数逐渐减小；随着雷电流幅值增大，分形维数逐渐增大；随着土体内部电压降增大，分形维数逐渐增大，且在土体电阻率越小时，分形维数变化越显著。研究证明，运用二维图像方式直观表现出岩土体内等离子体通道发展，并利用分形几何定量描述岩土体内等离子体通道的发展规律，有助于预测岩土体破坏过程的发展，便于进一步研究岩土体电击穿的物理本质。