制样方法和干湿循环对粉质黏土土-水特征曲线影响

基于压力板仪实测了粉质黏土击实试样和泥浆固结试样的脱湿土-水特征曲线(SWCC)以及泥浆固结试样在经历不同次数干湿循环后的SWCC,研究了制样方法和干湿循环对SWCC的影响;同时利用扫描电镜观测了泥浆固结试样干湿循环前后的微观结构特征.试验结果表明:泥浆固结三轴试样的SWCC位于三轴击实试样的上部;干湿循环使得试样的SWCC左移,泥浆固结试样的SWCC在经历2~3次干湿循环后趋于稳定.Van Genuchten模型能够很好地拟合不同干湿循环次数下的实测脱湿SWCC,其参数随干湿循环次数的变化规律可用指数函数进行描述.     

利用MATLAB拟合压实黄土土水特征曲线的研究

为了找到准确且简便的拟合压实黄土的SWCC的模型与方法,利用压实黄土入渗试验得到的体积含水率与基质吸力的数据,选用MATLAB的lsqcurvefit,nlinfit和fminunc三种函数为拟合方法,分别拟合了适用性较广的van-Genuchten模型和Gardner模型的土水特征曲线,并进行了拟合比较。结果表明,在本课题研究范围内,利用fminunc函数采用Gardner模型拟合压实黄土SWCC效果最好;平行试验数据的验证结果表明误差小于10%。利用MATLAB的fminunc函数通过Gardner模型拟合压实黄土土水特征曲线是一个既方便又准确的方法。     

粉煤灰改良膨胀土脱湿过程裂隙发展规律与影响因素研究

环境温度、初始含水率、粉煤灰掺量和干密度均对膨胀土的幵裂有重要影响,为了分析初始含水率和粉煤灰掺量对膨胀土裂隙发展过程、发育规律、发展机制的影响进行了多组脱湿过程裂隙开展试验;并进行了定量分析。结果表明试样裂隙可分为三神:一条主裂隙加上多条次裂隙、三岔口型裂隙、环状裂隙其中掺有粉煤灰试样大多数出现第三种裂隙未掺粉煤灰的试样出现第一、二种裂隙。随着试样含水率減少脱湿过程可分为三个阶段:无裂隙阶段、裂隙产生和发展阶段、稳定阶段。裂隙度随初始含水率的增大而增大随粉煤灰掺量的增加而减小。粉煤灰掺量对未养护试样的临界含水率影响不大养护后其临界含水率增大。     

影响GCTS土水特征曲线仪试验结果的因素及曲线合理性分析

使用GCTS土水特征曲线(SWCC)仪对几种干密度的重塑黄土试样进行土水特征曲线试验,针对该仪器在使用中影响测定结果的因素:扩散气泡及气泡冲刷的频率与基质吸力的关系、含水量测定、陶土板进气值、基质吸力平衡标准问题进行讨论,分析了考虑上述因素后实测土水特征曲线的合理性,并提出了由实测数据点确定边界减湿曲线的数据处理方法.     

陇东地区非饱和黄土广义土水特征曲线试验

为研究陇东地区非饱和黄土广义土水特征曲线,利用非饱和土三轴仪,研究初始干密度和净平均应力对非饱和黄土土水特征曲线的影响.结果表明:基质吸力相同时,试样的含水率随着净平均应力的增大而减小;初始干密度越大,试样减湿率越小,最终含水率越大.利用van Genuchten模型对试验数据拟合发现:残余体积含水率θ_r随着净平均应力的增大逐渐减小;拟合参数α和n随净平均应力的增大数值变化不是很大;初始干密度对土水特征曲线的影响主要表现在参数θ_r和参数α上,而参数n受其影响不大.     

含水率波动状态下公明公路路基土劣化微观机理与本构模型

通过固结排水三轴剪切试验、压汞试验和电镜扫描试验探究含水率波动对公明公路路基土力学特性的影响与其劣化微观机理,基于邓肯-张模型提出了一个能够考虑含水率波动影响的路基土经验本构模型。结果表明：含水率波动使得路基土中、大孔隙增多,同时微裂隙得到发展引起试样结构被分割,导致试样剪切应力-应变关系从应变软化向应变硬化型转变,试样剪缩特性提升、剪切强度降低;含水率波动程度越大,试样剪缩特性越明显,剪切强度则越弱;提出的路基土本构模型的计算结果与试验结果吻合较好,证明了模型的有效性和适用性。     

粗粒土基质吸力与介电常数特征曲线研究

【目的】建立粗粒土介电常数与基质吸力的关系,进而根据介电常数确定粗粒土的含水率。【方法】首先,通过介电常数测试仪与滤纸试验得到不同粗粒土的介电常数与基质吸力,分析两者之间的关系,建立基质吸力-介电常数特征曲线(suction dielectric characteristic curve,SDCC)模型;然后,通过激光粒度分析仪确定各粗粒土的黏粒百分比P,结合滤纸试验测试结果和FREDLUND&XING模型得到各粗粒土的土水特征曲线(soil water characteristic curve,SWCC);最后利用黏粒百分比P预估粗粒土的SDCC的模型参数,建立粗粒土的SDCC与SWCC的关系。【结果】提出了粗粒土的SDCC力学经验模型,从而建立粗粒土介电常数与基质吸力的直接联系,通过拟合得到黏粒百分比P与SDCC模型参数的关系式,SWCC模型参数同样可由黏粒百分比P预估得到,最终建立起介电常数-基质吸力-含水率的相互依赖关系。【结论】粗粒土的基质吸力与介电常数之间存在联系,利用黏粒百分比P这一指标可以预估SDCC和SWCC的参数,通过测试粗粒土的黏粒百分比P与介电常数,可以...     

川西地区典型非饱和红黏土土水特性细微研究

为揭示川西地区红黏土的非饱和特性,本文分别取不同孔隙比和颗粒级配的重塑土,进行了Geo-experts自平衡压力板试验和滤纸法试验。试验发现,脱湿与吸湿曲线闭合而成的滞回圈形状受孔隙比影响较大,其面积随孔隙比减小而减小。分析数据,认为Feng-Fredlund模型能较好的反应土样的非饱和特性,但残余含水率θr和拟合参数b随孔隙比的变化规律并非完全相同。另一方面,受颗粒级配影响,对不同黏粒含量土样的试验结果将不均匀系数Cu和曲率系数Cc两个参量引入模型进行拟合,探讨两者对SWCC曲线的影响程度。结果表明,脱湿过程中参数a和b均对Cc较敏感,但吸湿过程中,a对Cu较敏感。     

碎石改良膨胀土模型试验研究

针对广西南宁三塘地区膨胀土,开展了掺碎石改良膨胀土作为挡土墙填料试验研究.采用自制模型箱模拟刚性挡土墙,掺25％碎石的膨胀土作为填料,以体积含水率和侧向膨胀力为指标,观察挡土墙后不同改良条件下土体在注水后体积含水率和侧向膨胀力的变化情况,探讨体积含水率与侧向膨胀力之间的变化关系以及碎石改良膨胀土作为挡土墙填料的效果.试验结果表明:纯膨胀土的渗透性很差,在侧向受限及浸水的条件下会产生侧向膨胀力,侧向膨胀力的变化与体积含水率的变化呈正相关,但存在一定滞后性;掺碎石能显著提高膨胀土的渗透性,使得体积含水率和侧向膨胀力的变化速率加快;掺碎石膨胀土能较为有效地降低侧向膨胀力,建议采用膨胀土作为挡墙填料时掺入碎石进行改良,降低侧向膨胀力对挡墙的影响.     

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...     

基于贝叶斯理论的土水特征曲线模型选择与参数识别方法

土水特征曲线(Soil-Water Characteristic Curve,SWCC)是非饱和土力学的关键函数,可通过现场或室内试验测得.然而,由于直接试验方法所需条件苛刻且耗时较长,获取的试验数据非常有限,难以测得基质吸力可能范围内完整的SWCC.有限试验数据条件下如何合理地确定SWCC模型并量化模型估计的不确定性(或置信度)是关键难点.本文提出了一种基于贝叶斯理论的SWCC模型比选和参数识别方法,在模型比选的同时进行参数识别,并通过参数概率分布特性定量表征SWCC模型估计的不确定性.以飞凤山滑坡中原状黄土试验数据为例,说明了所提方法的有效性,并采用模拟数据进行方法验证和敏感性分析.结果表明:本文所提方法能够基于有限试验数据合理地确定SWCC模型并量化所估计的SWCC模型的不确定性.此外,SWCC模型识别准确率随着数据量增加而逐渐提高.     

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。     

非饱和重塑弱膨胀土微观结构及土−水特征曲线试验研究

为研究压实程度对非饱和重塑弱膨胀土孔隙结构的影响以及膨胀土孔隙结构改变对土?水特征曲线(SWCC)的影响,以新疆哈密重塑膨胀土为研究对象,借助压汞技术和热力学关系模型对不同压实程度下重塑土样的孔隙结构和孔径分布进行分析,基于毛细管原理和滤纸法试验分别得到可考虑压实程度影响的膨胀土土?水特征曲线三参数模型和F?X(Fre...     

三种模型在浙江省土石坝填筑土土水特征曲线中适用性研究

土石坝是由饱和与非饱和渗流区组成的统一体,渗流问题是影响土石坝运行安全的关键因素之一.土水特征曲线(SWCC)是非饱和渗流数值模拟的重要基础.浙江省土石坝众多,对其填筑土持水性研究具有重要意义.确定一个合适的模型来描述填筑土的SWCC是研究的基础.通过压力板仪,对3种浙江省土石坝典型填筑土进行持水试验,选取VG、FX和MX模型对试验数据进行拟合,并对拟合结果进行分析.结果表明,VG模型并不适用于土石坝填筑土,FX和MK模型均取得了较好的效果,FX模型在适用性和普遍性上更好.     

多效应耦合作用下膨胀土裂隙扩展规律研究

裂隙是影响膨胀土工程建设的决定性因素,研究膨胀土裂隙扩展规律有利于揭示膨胀土边坡失稳机理.目前的研究中仅关注了单一因素对膨胀土裂隙扩展的影响,而忽略了多种因素耦合作用下的作用机理.基于研制的可控制环境温、湿度的裂隙扩展试验系统,开展了16组不同环境湿度、温度及土样厚度下的裂隙扩展正交试验,系统测量了随时间变化的水分蒸发过程和裂隙动态发育过程,得出了膨胀土试样含水率变化特征及裂隙扩展规律.并基于多因素方差和极差分析方法,得出以下结论：水分蒸发对膨胀土裂隙扩展起决定性作用,水分蒸发速率变化过程包含稳定阶段、减速率阶段和残余阶段;不同因素影响下膨胀土裂隙扩展过程有统一的规律,不同条件下面积裂隙率随时间变化过程均符合logistic规律;裂隙总长度、裂隙平均宽度、面积裂隙率和体积裂隙率受土样厚度影响最大,受环境湿度影响次之;稳定阶段蒸发速率受环境湿度影响最大.     

杭州湾浅层储气砂土的持水特性试验研究

杭州湾嘉甬跨海高铁大桥遇到的储气砂土是一类特殊的非饱和土,以往砂土类主要以重塑样进行持水特性试验,而实际工程中,原状样的结构性对持水特性具有显著影响。以杭州湾储气砂土为研究对象,基于压力板仪试验研究了不同初始孔隙比砂土原状样与重塑样的持水特性,对比分析Brooks-Corey模型、Van Genuchten模型和Fredlund-Xing模型对砂土土-水特征曲线(soil water characteristics curve, SWCC)的适用性;利用等粒球状颗粒的不同排列方式分析了产生基质吸力差异的机理。结果表明:Van Genuchten模型更适用于描述和预测杭州湾储气砂土SWCC;对于相同孔隙比下的砂土原状样与重塑样,重塑样比原状样的失水斜率更小,但重塑样与原状样的进气值基本一致。原状砂土与重塑砂土不同的颗粒排列结构是造成其SWCC差异性的主要原因之一,重塑砂土比原状土具有更加均匀的孔隙分布,原状砂土结构性对SWCC的影响不可忽略,采用原状储气砂样的Van Genuchten模型可为实际工程提供更精准的预测和参考。     

增湿减湿对黄土湿陷性的影响研究

黄土湿陷性的研究主要局限于狭义浸水饱和后的最终沉降量;但实际工程中常遇到的是不同增湿减湿含水率产生的广义湿陷,所以研究不同增湿减湿含水率对黄土湿陷性的影响更具实际意义。通过验测定由同一土桶制备的原状、增湿和减湿试样的含水率、湿陷系数和压缩量,并结合现有相关理论对数据进行统计、对比和分析,得出不同含水率的增湿、减湿对黄土湿陷性的影响规律。结果表明:在相同条件下,湿陷系数随增湿后含水率的增大而有明显的减小,初始含水率较低比初始含水率较高对湿陷性影响大;试验所取土样的峰值压力为100 k Pa左右,增湿界限含水率大概为26%;在相同条件下,增湿减小了黄土的湿陷量,却增大了压缩量;减湿减小了黄土的压缩量却增大了湿陷量。     

柴油污染粉质黏土的电阻率特性及影响因素

以南京地区典型的粉质黏土为研究对象,人工配制了不同含水率、不同含油率的柴油污染土,采用Miller Soil Box对不同状态的污染土体电阻率进行了测试,建立了土体电阻率与含水率、含油率和饱和度间的相关关系.结果显示,含油率相同时,电阻率随含水率、饱和度的增大呈幂函数关系减小;含水率相同时,电阻率随含油率的增大而线性增加.引入体积含湿率来分析油水共同作用对电阻率的影响,发现饱和度相同时,电阻率随体积含湿率的增加而线性增大.采用正交分析法对电阻率的三种影响因素进行主次分析,影响大小为饱和度含水率含油率.     

考虑吸湿和脱湿影响的一维降雨入渗数值模拟

在分析非饱和渗流时,土水特征曲线(SWCC)起着至关重要的作用.吸湿和脱湿条件下的土水特征曲线存在显著的滞后现象,对降雨入渗土体中孔隙水压力的分布有明显影响.采用两种计算模型,运用吸湿和脱湿条件下的土水特征曲线,对一维降雨入渗土体非饱和-饱和-非饱和全过程进行数值模拟,对比分析了计算模型以及吸湿和脱湿,对降雨入渗过程中土体的孔隙水压力分布的影响.     

基于大断面双剪试验的非饱和黄土吸应力强度参数确定及应用研究

吸应力强度参数的确定是非饱和土强度研究的一个重要方向.根据Lu Ning吸应力强度理论,研制测定吸应力强度理论有关参数的测试设备"大断面双面直剪仪",能简化测定强度参数的过程,以便快速建立基于吸应力的非饱和土强度模型.同时通过用滤纸法测定陕西泾阳L5黄土的基质吸力,根据SWCC理论模型Van Genuchten方程拟合得到非饱和土土-水特征曲线,取大断面双面剪试验后的试样进行常规三轴CU试验,可以得到基于Fredlund非饱和土强度理论的强度参数.分别运用上述强度理论对不同含水率L5黄土的边坡进行稳定性分析,采用SIGMA/W分析边坡的应力分布情况和边坡的孔隙水压力分布情况,将SIGMA/W所得结果耦合到SLOPE/W中进行稳定性计算,对比两组稳定系数.结果表明,含水率较低时,基于吸应力强度参数得到稳定系数与Fredlund强度公式得到的稳定系数十分接近,由吸应力强度公式得到强度参数是可行的;同时,含水率较高时,大断面黄土受虫孔和裂隙等结构影响强度降低,其稳定系数较三轴试验得到的系数更低,表明大断面黄土能更为真实地反映黄土强度,利于工程实际中运用.