非饱和砾石土土水特征曲线研究

以武汉某土石坝砾石土为研究对象,采用压力板仪对9组不同级配以及不同干密度砾石土的土水特征曲线进行试验研究。研究表明,压实度越大的土样,孔径较小且分布均匀,持水能力好,排水困难。当压实度一定时,细粒较多、粗粒较少的土样排水效率高于其他粗粒较多的级配,在500kPa压力下残余含水量远低于其他级配。这与级配较不均匀的砾石土有着更低的孔隙率密切相关。采用Brooks Corey模型、Van Genuchten模型以及Gradner模型分别对不同影响因素下的土水特征曲线进行拟合,发现Van Genchten模型与Gardner模型对砾石土拟合效果很好。将各个土样的干密度与Van Genuchten模型和Gradner模型各参数进行非线性回归,总结了非饱和砾石土干密度与Van Genuchten模型和Gardner模型参数之间的规律公式。试验数据可为日后非饱和土的研究提供参考。     

土-水特征曲线在黄土边坡稳定分析中的应用研究

以南水北调中线穿黄工程南岸连接渠边坡为研究对象,采用压力板法获得了非饱和黄土边坡的土-水特征曲线,用Van Genuchten模型对试验数据进行了拟合,将拟合参数代入Vanepalli非饱和土的抗剪强度经验公式,预测不同吸力和含水率下的非饱和土的抗剪强度值,并与常吸力三轴剪切试验结果进行对比,验证了预测公式的准确性;试验结果和预测结果都表明非饱和黄土吸力和含水率的变化对黏聚力影响显著,对内摩擦角影响较小。通过建立含水率与非饱和黄土抗剪强度的关系,将不同含水率的抗剪强度运用到非饱和黄土边坡稳定性分析中,不但能对该区域黄土边坡的稳定性给予科学的评价,还可以减少不必要的浪费。     

川西非饱和混合土土水特征曲线研究

川西地区地质构造和气候条件复杂,交通荷载和降水入渗经常会引发处于非饱和状态的混合土公路路基变形过大或滑坡破坏,非饱和土的工程性质主要与其吸力值紧密相关。为掌握川西非饱和混合土矿物成分与初始干密度对其土水特征曲线的影响规律,针对川西山区3种崩坡积混合土,采用滤纸法和压力板仪法相结合的试验方案,缩短试验时间,测得各自在不同初始干密度下的土水特征曲线,并通过微观特征来分析宏观现象,探究混合土特征因素的影响机理。试验结果表明:矿物成分对土水特征曲线有显著影响,亲水矿物含量越高,基质吸力越大且曲线走势越平缓;反之,含有较多石英矿物和较少黏粒时,基质吸力通常较低;在相同基质吸力条件下,干密度越大,土体含水量也越大;同时,干密度对土水特征曲线的影响程度随着含水量的减小而增大。最后,采用Van Genuchten(VG)模型拟合川西混合土土水特征曲线,其拟合参数与颗粒级配、非饱和程度相关,拟合曲线与试验曲线吻合较好。     

非饱和土强度特性试验

目前,国内非饱和土土水特性曲线测试仪器主要依赖进口,进口非饱和土土水特性曲线测试仪器价格昂贵,且测试效率较低。本文在总结现有非饱和土土水特性曲线测试仪器优缺点的基础上,研发新型多终端非饱和土土水特性曲线测试仪器,新型仪器提高了试验效率、降低了试验成本。在此仪器上进行重塑非饱和土土样土水特性曲线测试,利用试验数据对不同土水特性曲线理论方程进行参数拟合,结果表明van Genuchten对于测试土样土水特性曲线的拟合效果更好。基于van Genuchten SWCC方程和Vanapalli非饱和土抗剪强度公式,提出了一个通过含水率和土体饱和强度参数,快速计算非饱和土抗剪强度的公式,利用本文的试验数据对该公式进行了验证,得到了较好的效果。     

晚更新世黄土脱湿-吸湿全过程土水特征曲线研究

非饱和土土水特征曲线(SWCC)在非饱和土性质的研究中是很重要的。通过现场原位渗水试验、室内试验,结合数值反演得到了晚更新世黄土(Q3黄土)脱湿和吸湿土水特征曲线。用压力板仪测量Q3黄土脱湿过程中不同含水率下的吸力,之后用Van Genuchten经验公式对试验数据进行拟合,得出了Q3黄土脱湿SWCC曲线的数学表达式。在现场渗水试验的基础上,用随机搜索和经验逼近相结合的方法,通过数值计算反演Q3黄土吸湿过程中的土水特征曲线参数。此外,还实测了Q3黄土竖直向的饱和渗透系数。结果表明:Q3黄土脱湿路径的进气值为4.16 k Pa,饱和体积含水量为0.52;吸湿路径的进气值为3.92 k Pa,饱和体积含水量为0.48。残余体积含水量为0.01,残余饱和度为2.0%,残余的气体含量为4.06%。竖直与水平向渗透系数的比率为1.62,水平向饱和渗透系数为7.08*10-6m/s,竖直向饱和渗透系数为1.147*10-5m/s。室内实测竖直方向饱和渗透系数为2.71*10-5m/s,反演值与实测值是属于同一数量级的。     

电石灰改良盐渍土土水特征试验研究

测试电石灰改良土的土水特征曲线是电石灰改良土路基潮湿状态分析的关键。采用张力计法测试了不同压实度的电石灰改良土的土水特征曲线,利用非线性最小二乘法反演了van-Genuchten模型中的参数,分析了van-Genucht-en模型拟合电石灰改良土土水特征曲线的效果。结果表明：随着电石灰改良土体积含水率增加,改良土基质吸力逐渐减小;随着压实度的提高,电石灰改良土的体积饱和含水率升高,相同体积含水率的电石灰改良土的基质吸力增大;van-Ge-nuchten模型能很好地拟合电石灰改良土土水特征曲线。研究为电石灰改良土路基的潮湿状态分析提供了试验基础。     

含硫酸钠风积沙路基土土-水特征曲线试验研究与模型修正

针对中国西北部沙漠地区风积沙路基土出现的硫酸钠盐渍化现象,为探究水盐耦合效应对含硫酸钠风积沙路基土水力、力学性质的影响,实验室配置不同Na₂SO₄盐分含量的风积沙路基土试样,基于ASTM D5298-16规范中滤纸法测试其基质吸力、总吸力并绘制土-水特征曲线,分析含盐量对基质吸力、总吸力土-水特征曲线的影响规律,在v-G模型的基础上进行含盐量修正,建立可以考虑水盐耦合效应的风积沙路基土土-水特征曲线模型并通过试验数据对模型拟合验证。结果表明：Na₂SO₄盐分含量对风积沙基质吸力、渗透吸力和总吸力均有影响,当体积含水率较高时,含盐量主要通过影响渗透吸力而对总吸力影响较大,而当体积含水率较低时,含盐量会对基质吸力产生一定影响;含盐量改变主要对v-G模型中参数a产生影响,含盐量修正后的v-G模型在拟合阿拉善地区含硫酸钠风积沙路基土基质吸力和总吸力土-水特征曲线时适用性较好。研究结果可为该类土体相关工程实践提供理论指导。     

某滑坡非饱和土土水特征曲线试验研究

利用土水特征曲线压力板仪,对福建省南平蔡源地区某滑坡体非饱和土试样进行了完整的脱湿-吸湿试验研究,获得了相关的脱湿与吸湿过程的土水特征曲线及其拟合函数,为今后进一步研究福建省的非饱和土特性提供参考。     

基于pF Meter的土体冻结特征曲线研究

为解决冻土中土体冻结特征曲线(SFCC)长期以来只能通过经验模型间接推测获得,且土体冻结特征曲线(SFCC)与土水特征曲线(SWCC)间关系的相关研究也因技术手段制约而仅停留在理论假设阶段的问题,采用可直接用于极端负温条件下的pFMeter基质势传感器,得到青藏红黏土、兰州粉土、细砂这3种不同粒径土体的冻结特征曲线,获得三者在冻结过程中未冻水数量与能量变化之间的规律;对过去冻土学研究中利用Clapeyron方程间接转换获得土体冻结特征曲线方法的可靠性进行试验验证;此外,针对不同粒径大小土体冻结特征曲线及土水特征曲线进行比较,并对以往冻土冻胀研究中将饱和冻土中冰晶等划为非饱和融土中气体的方法进行验证。结果表明:Clapeyron方程得到的冻结特征曲线与实际测定的冻结特征曲线基本一致,Clapeyron方程可用于土体冻结特征曲线的预测;冻结特征曲线与土水特征曲线虽在形态上具有一定的相似性,但由于冻结过程与脱湿过程土中相的不同所致的各相间界面力不同,导致其在数值上存在一定差异,且差值大小与土体平均粒径成反比,进而证明了被广泛用于冻土研究中的将冻土中冰晶体视作融土中气体来简化冻结过程中冰晶-液态水-土颗粒关系的方法并不合理,并从理论上阐述了其机理;相关研究成果可为后续研究冻胀过程中水分迁移机制与水分迁移驱动力提供相应的基础理论支撑。     

基于神经网络算法土颗粒大小分布的参数模型

公路路基用土都为非饱和土,土水特征曲线定义了非饱和土中吸力与含水率之间的关系。采用Arya-Paris模型可根据土颗粒大小的分布确定非饱和土的土水特征曲线,因此获得土颗粒大小分布的参数模型显得极为重要。提出采用神经网络算法,根据土颗粒分析结果建立土颗粒大小分布的参数模型。工程实例表明,此方法能够满足实际工程精度要求,并具有一定的工程适用性。     

风积沙路基土土-水特征曲线温度效应研究

风积沙非饱和土是沙漠地区公路路基主要填筑材料，其力学性能受赋存气候环境温度影响显著。为研究温度变化对风积沙路基土土-水特性影响规律，在考虑温度对非饱和土表面张力和润湿系数综合影响的基础上，推导建立能够反映温度变化效应的土-水特征曲线模型方程，并基于ASTM D5298滤纸法测试不同干密度风积沙路基土土样在20℃、40℃和60℃条件下达到平衡时的土-水特征曲线，验证建立模型的合理性。结果表明：风积沙土-水特征理论模型曲线与实测值吻合良好，相关系数均在0.93以上，模型合理有效；在高温或低吸力区，温度对风积沙土-水特性影响显著，随着温度升高，土-水特征曲线整体向右下方偏移；在含水率较低的高吸力区，风积沙基质吸力对干密度变化更加敏感，干密度越大，基质吸力越大。所得结论为利用非饱和土理论研究风积沙路基土力学性能奠定了理论基础。     

基于MK模型推算非饱和膨胀土土-水特征曲线

根据非饱和膨胀土基本土性参数,应用MK模型推算非饱和土土-水特征曲线.模型把毛细管力和粘附力相耦合,二者均会诱发吸力的变化.并在西安--汉中高速公路(GZ40)槐树关段K5+120取膨胀土土样,测定基本土性参数.结果表明:毛管力的饱和度Sc在低吸力值时起到重要的作用,而当毛细水散失,粘附力的饱和度Sa起到决定性作用.与采用离心试验确定的土-水特征曲线相比较,基于MK模型根据基本土性参数推算非饱和膨胀土土-水特征曲线,其推算值与实测值较为接近,推算与实测土-水特征曲线形状相吻合.     

红黏土土水特征曲线试验及拟合实用技术研究

随着西部公路建设的快速发展和公路等级的提高,出现了更多的高填方路基及桥涵等构造物。为了验算高填方路基及桥涵等构造物的整体强度和稳定性,需要预测非饱和地基土的抗剪强度,而通过土水特征曲线预测非饱和土的抗剪强度方便实用,故此土水特征曲线试验及拟合技术研究具有重要的工程实用价值。本文系统地介绍了土水特征曲线的基本特点、常用的经验公式、渗析法的基本原理及操作步骤、曲线拟合的实用方法。试验和曲线拟合的成功经验可为同类试验作借鉴,试验所得土水特征曲线成果可为工程实践提供参考。     

基于感知应变的刚性道面结构强度评价方法

刚性道面结构强度实时准确评价,是保障机场设施耐久与适航安全的重要工作,其中决定性因素为基层顶面反应模量K。依托西南某国际机场智能跑道系统,采集C类飞机通过事件下的刚性道面板动态应变响应状态;通过HWD弯沉测试获取道面初始结构参数,建立机场刚性道面9块板足尺有限元模型,通过考虑轮迹偏移和基层顶面反应模量K值对道面板中监测点位动态应变的影响,建立K值与动态应变响应峰值期望ε值的函数关系曲线;采用桥渡原理,补偿机场刚性道面仿真模型与实际结构之间的偏差,将模拟仿真函数关系转换至实际感知函数关系,基于实测感知应变实时评价基层顶面反应模量。在此基础上,采用当量单轮荷载法建立机场道面强度评价指标PCN值与K值的关系,最终实现基于感知应变的刚性道面结构强度实时评价。     

考虑吸力的非饱和黏性土地基承载力分析

基于地基承载力计算中对非饱和土体中吸力的考虑,提出利用原状土样的土水特征曲线结合Fredlund和包承纲等人提出的非饱和土强度理论公式,将其应用到郑州至武汉客运专线非饱和黏性土地基承载力计算中,对比载荷试验结果,说明了吸力在非饱和土地基承载力中的贡献,在实际工程设计施工中,应予考虑。     

基于离心机法研究变重度压实黄土土—水特征曲线

为研究压实黄土土-水特征曲线,采用离心机对不同压实度黄土进行脱水试验.通过调节离心机转速得到不同吸力条件下压实黄土含水量以及重度的变化,将定重度的压实黄土土-水特征曲线和变重度的土-水特征曲线进行分析比较,得出不同压实度黄土土-水特征曲线的变化规律.结果表明:离心试验过程中土样重度随吸力增大而增加,其变化过程分为快速增大、慢速增大和基本稳定3个阶段,土样的重力含水量随基质吸力的逐渐增大而减小,在相同的含水量下,基质吸力随着压实度的增加而增大;考虑重度变化且吸力高于6 bar各组不同压实度试样土-水特征曲线基本重合,而并非未考虑重度土-水特征曲线的平行关系,因此测定压实黄土土-水特征曲线必须考虑重度的变化.     

非饱和膨胀土的土-水特性试验研究

以南宁高速铁路弱膨胀土填筑路堤在干湿循环下,土体非饱和特性的变化规律为依托,采用压力板仪法和滤纸法测试,对南宁重塑非饱和弱膨胀土室内的土-水特性进行了研究,并与现场监测情况进行对比分析。研究结果表明:土体土-水特性在干湿循环下,存在明显滞回效应;滤纸法试验值与现场监测值更为接近,所得方程对路堤土-水特征稳定性预测效果更佳。     

非饱和土基质吸力量测试验研究与探讨

土-水特征曲线能够解释非饱和土力学的许多力学特性。土-水特征曲线的获取依赖于试验设备、试验技术、试验方法,土-水特征曲线的准确获取能够促进非饱和土力学的发展。结合目前的非饱和土力学研究,对现有主要非饱和基质吸力量测试验进行了归纳总结。     

基于PF土-水特征曲线的非饱和土渗透特性预测

在分析总结基于土-水特征曲线预测非饱和土渗透系数方法的基础上,根据VanGenuchten土-水曲线关系式及Mualem提出的水分特征曲线与非饱和土透水系数的关系式,采用PF土壤水分特征曲线仪,以彭湖高速公路路堤填土、地基换填土为试验对象,得出填土、地基土的非饱和渗透特性随含水量和吸力变化的关系式.     

降雨入渗下非饱和土边坡稳定性影响研究

运用分形模型预测非饱和土的水理特性,主要研究了降雨条件下非饱和土边坡的稳定性变化及影响边坡稳定性的各个因素:土质特性参数(分维、进气值与饱和导水系数)、降雨强度、边坡几何特性参数及初始地下水位深度等.土体的饱和导水系数、降雨强度对降雨过程中的非饱和土边坡稳定性影响较大;非饱和土边坡在降雨过程中的最小安全系数与土体饱和导水系数之间的临界关系可用Sigmoid曲线模型拟合;降雨强度直接影响了非饱和土边坡的稳定性,降雨过程中边坡的最小安全系数与降雨强度的关系曲线可用MMF模型拟合;另一方面,非饱和土的分维、进气值、边坡几何特性参数及初始地下水位深度的影响相对较小.