薄层土壤蒸发失水的数学模型研究

本文对薄层土壤蒸发失水的动力学过程作了机理性探讨。从土壤蒸发失水的机理出发建立了土壤干燥的数学模型,研究表明:薄层土壤蒸发失水的机理主要受两方面因素控制,一是土壤本身性质(土壤质地、初始含水量等)决定的内(固有)失水速率;二是受蒸发温度等外部因素影响的失水速率。由此建立的该微分方程的解析解定量地描述了土壤水分在蒸发过程中随时间的动态变化关系。通过不同土壤在不同设定温度条件下薄层土壤蒸发的实验结果验证,对升温蒸发阶段和恒温蒸发阶段分别进行了方差分析,其拟合曲线与实验结果吻合极好,表明该机理方程能够很好地反映该情形下薄层土壤蒸发的动态变化。     

水泥土室内制样方法与配合比试验

水泥土室内配合比试验是深层水泥搅拌法工程应用中一项重要的前期工作。基于大量室内试验,总结提出干土制样法与湿土制样法两种不同的水泥土制样方法及其试验流程,并对其优缺点与适用性进行比较,得出以下结论:1)当以试验土样目标含水率为变量,或试验土样初始含水率大于目标含水率时,应采用干土制样法; 2)当研究在土样初始含水率下其他因素对水泥土强度的影响时,采用湿土制样法更为合适、高效。以香港冲积层黏土为研究对象,采用干土制样法分析土样含水率对水泥土无侧限抗压强度的影响。试验结果表明,在含水率40%～80%范围内,不同龄期的水泥土强度均随含水率的增加而减小,且在高含水率(大于70%)下水泥土强度随龄期增长不明显。     

干湿循环作用下重塑红黏土水力特性与强度试验研究

采用常规直剪仪对江西某库区边坡重塑红黏土土样进行室内模拟干湿循环快剪试验,研究了干湿循环作用下饱和重塑红黏土抗剪强度及抗剪强度指标变化规律;通过滤纸法测得不同含水率下土样的基质吸力,并用VanGenuchten模型拟合土-水特征曲线,分析了红黏土的水力特性。试验结果表明:干湿循环作用下饱和红黏土的抗剪强度有明显的劣化规律,其中,前4次干湿循环导致土样劣化幅度较大,后2次抗剪强度劣化幅度逐渐趋于平稳;干湿循环会显著降低土样黏聚力和内摩擦角,呈先快后慢的趋势,且黏聚力衰减程度明显大于内摩擦角;随着干湿循环次数的增加,相同体积含水率条件下,土体基质吸力逐渐减小,土体有效应力降低,抗剪强度逐渐劣化;当基质吸力大于350kPa时,基质吸力对土体的抗剪强度影响很小,裂隙发育可能是影响抗剪强度劣化的主要因素。     

吹填层厚度对疏浚淤泥沉积特性影响的试验研究*

疏浚泥向堆场内吹填的过程中，宜分层进行，吹填厚度的选择直接影响疏浚泥在堆场内的沉积。利用不同高度的沉降柱，对同一含水率的泥浆进行沉积试验，研究泥浆高度对于泥浆沉积规律的影响。结果表明，在相同初始含水率情况下，较低的泥浆高度易于使泥浆发生固结沉降，泥浆高度较高则易于发生阻碍沉降；泥浆高度对于阻碍沉降模式下沉降速率的影响较小，沉降阶段持续时间与泥浆高度呈正相关；泥浆高度越高，沉积物平均含水率越小，且随着泥浆高度的增加，沉积物平均含水率趋于稳定。在本次研究范围内，当泥浆高度达到40 cm以上，沉降速率和沉积物含水率趋于稳定，沉降模式不再发生变化，泥浆高度对沉积规律的影响较小。     

淤泥质软黏土抗剪强度特性研究

以渤海近海淤泥质软黏土为研究对象,对不同含水率下的软黏土进行了不同竖向压力下的室内快速剪切试验。通过对比和分析试验结果发现了软黏土抗剪强度及其参数与含水率的一些相关关系,并通过数理统计方法,将其拟合成多项式函数表达式,总结了含水率对抗剪强度参数的影响。     

非饱和黏性地基土的土-水特征曲线试验及模拟

内地港口地基土在地下径流和降雨入渗作用下,多为非饱和土,其土-水特性影响港口地基稳定性。以安徽淮北港非饱和黏性地基土为研究对象,开展不同初始含水率、初始干密度、竖向应力以及干湿循环次数下的土-水特征曲线(SWCC)试验。研究发现:初始干密度和竖向应力对非饱和黏性地基土SWCC的影响相似,对进气值、初气值、脱湿速率、吸湿速率和残余饱和度影响较大;初始含水率对土体脱湿、吸湿速率影响较小,随着初始含水率的提升,进气值、吸气值、残余饱和度递增;随着干湿循环作用的增强,进气值和出气值的衰减逐渐削弱。结合地基土土-水特性,修正几种常用的SWCC模型,模拟不同工况下的SWCC,通过评分的方式得到适用于淮北港非饱和黏性地基土的推荐模型。研究成果可为不同工况下非饱和黏性地基土的土-水特性及港口地基稳定性研究提供参考。     

单耙齿切削黏土机理试验研究

黏土是疏浚工程中分布广泛且较为难挖的土质。为了分析黏土切削过程中的土体破坏机理,对2种不同含水率的黏土进行二维与三维切削试验研究。试验考虑不同切削角度（30°、45°和60°）和不同切削深度（50、100和150 mm）对黏土切削力的影响。通过切削力传感器测得切削过程产生的水平和垂直切削力;并在切削刀具表面不同位置布置压力传感器,测得切削过程中刀具不同位置受到的土体压力;布置摩擦力传感器,测得切削过程产生的摩擦力;在切削过程中观察土体的变形和破坏形态。通过黏土的切削试验,讨论不同的切削参数对黏土切削力的影响,分析黏土切削的土体破坏机理。     

剪切速率对饱和粉质黏土快剪指标影响分析

直接剪切试验在国内应用广泛,其试验指标除了与土样自身的性质有关外,还与试验的参数条件有很大关联。以河北省曹妃甸地区的饱和低塑性粉质黏土为研究对象,通过对不同试验手段取得的试验指标的统计分析,说明剪切速率对快剪指标的影响,认为对饱和低塑性粉质黏土进行快剪试验时采用较大的剪切速率（2.4mm/min）为宜。     

中膨胀土膨胀率与含水率之间的关系

以某地区典型中膨胀土为依托,在现场取样并进行重塑,然后在不同初始含水率、不同干密度和无上覆荷载条件下,研究膨胀土吸湿膨胀率与含水率之间的关系。研究结果表明:在天然初始含水率和干密度条件下,中膨胀土吸湿膨胀率与后续含水率之间虽然呈非线性关系,但在很大含水率范围(约50%以内)内,中膨胀土膨胀率与含水率之间近似呈线性关系;随着初始含水率的增加,中膨胀土吸湿膨胀率、膨胀速率均降低;随着干密度的增加,中膨胀土吸湿膨胀率、膨胀速率均增加;中膨胀土在吸湿饱和后,其吸水性能并不会降低,土体继续保持之前的吸湿速率和膨胀速率,在含水率达到1.5～2.0倍的饱和含水率后,土体吸湿膨胀速率才逐渐降低,直至最后趋于稳定。     

低应力水平下吹填土的固结特性研究

通过室内固结试验,研究了低应力水平下吹填土的固结特性。试验结果显示出吹填土在e-σ’坐标系下存在着由超软土状态向一般软粘土状态固结转化的界点。在界点之前,不同初始含水率的吹填超软土孔隙比沿不同曲线变化;在界点之后,不同初始含水率的吹填超软土孔隙比沿土体所固有的压缩曲线变化。对比分析了吹填超软土和普通软土的固结变形量、压缩系数、固结系数的变化规律。     

软黏土无侧限抗压强度特性研究

针对滨海相软黏土的工程特性,现取渤海近海口处的软黏土按照规范进行了无侧限抗压的有关试验,研究密度、含水率给软土的无侧限抗压强度造成的影响。根据试验结果,得出沧州软土的强度与含水率和密度有一定的相关关系。针对其明显的相关性,建立土壤强度与含水率、密度之间的相关公式,以此可以更好的研究和预测该区域软土的无侧限抗压强度。     

考虑含水率的红砂岩蠕变力学特性试验研究*

为揭示不同含水状态下红砂岩的蠕变力学特性，以0%、1.25%、3.16%和5.38% 4种含水率为控制条件，开展三轴压缩蠕变试验。分析蠕变试验结果，探究不同含水条件下红砂岩应变特征、蠕变速率和长期强度的变化规律。研究发现：1）红砂岩在水和应力的作用下表现出3阶段蠕变行为，高含水率岩石在更少加载等级下发生蠕变破坏；2）红砂岩蠕变应变远大于瞬时应变，水的作用促进瞬时和蠕变应变的增长；3）含水率的升高对初始和极限加速蠕变速率的增大起到促进作用；4）红砂岩在4种含水率下的长期强度分别为22.86、21.91、16.27和10.74 MPa，长期强度随含水率的升高而逐渐降低。研究成果可为红砂岩蠕变特性研究及港口地基长期稳定性分析提供参考。     

初始含水率对真空预压加固吹填淤泥影响试验研究

针对传统的真空预压设计和施工方式较为粗放,主要依靠经验进行,缺乏相关的工程参数的问题。设计不同吹填淤泥初始含水率进行了四组室内对比试验,通过分析孔隙水压力,排水量,沉降量,土体的含水率以及十字板剪切强度等指标的变化规律,探究真空预压处理效果与淤泥初始含水率之间的关系。试验结果表明,含水率高的吹填淤泥在靠近排水板处孔隙水压力消散更快;初始含水率越大,排水固结达到稳定的时间越长;初始含水率高的吹填淤泥在真空预压法处理后仍然具有较高的含水率,对应的土体平均强度较低;试验建立了初始含水率与加固后土体强度之间的线性拟合公式。     

k_0固结饱和黏土的动剪切模量与阻尼比试验研究

开展一系列k_0固结饱和黏土的动三轴试验,研究了围压、初始静偏应力、加载历史3种因素对动剪模量-动应变(G-γ)和阻尼比-动应变(λ-γ)关系曲线的影响,并利用Hardin Drnevich公式对试验获得的G-γ关系进行了分析。结果表明,k_0固结黏土的G/Gmax-γ曲线与围压无关;G-γ曲线随初始静偏应力水平的增加逐渐下移,λ-γ曲线随初始静偏应力水平的增加逐渐上移;以累积应变作为加载历史的度量,初始动剪模量G′随不同累积应变的增大逐渐减小,并呈现良好的线性规律;不同累积应变条件下的G-γ关系可用初始动剪模量G′作为归一化参数,并具有良好的归一化特性;累积应变对λ-γ关系影响不大。研究成果可为场地的动力特性评价提供必要参考。     

循环荷载波形变化对天津滨海软土刚度软化特性的影响

为研究循环荷载波形对结构性软土刚度软化的影响,以天津滨海新区天津港保税区海积软土为研究对象,对其施加不同波形、不同幅值的循环荷载。试验结果表明:当循环荷载应力幅值较小时,软土刚度软化速率慢,不同波形循环荷载对软土刚度软化影响差别不大;当循环荷载较大时,软土刚度软化速率加快,荷载波形变化对结构性软土刚度软化速率影响明显,其中方波循环荷载作用下软土刚度软化的速率最大,正弦波次之,三角波最小。通过对比分析不同波形、不同应力幅值荷载作用下软土软化指数衰减曲线,得到综合考虑荷载波形和应力幅值的软化指数经验公式。     

重塑土重塑屈服压力与压缩特性试验研究

通过对取自不同地方的软土配置不同初始含水率的重塑土样进行单向压缩试验,分析研究了重塑土的压缩特性。     

不同围压条件下淤泥质黏土蠕变力学特性试验及模拟

淤泥质黏土是码头工程常见地基土,其蠕变特性与码头地基稳定性紧密关联。为研究不同围压条件下的淤泥质黏土蠕变力学特性,对其开展固结排水三轴压缩蠕变试验。基于蠕变试验结果,引入Mesri和Log-Modified模型模拟淤泥质黏土的蠕变力学行为,得到蠕变经验模型,并对比两个模型的辨识效果。结果表明,同一围压下,随着轴压的提升,轴向应变逐渐递增,初始和稳态蠕变速率均呈线性递增趋势;同一加载等级下,围压和轴压的升高促进轴向应变的增长,较高轴压和围压条件下初始、稳态蠕变速率均始终大于较低轴压和围压条件;淤泥质黏土等时轴压-轴向应变曲线近似双曲线,具有明显的非线性特征;Mesri蠕变经验模型辨识效果优于Log-Modified蠕变经验模型。     

土与混凝土板接触面剪切试验研究

通过黏土与混凝土板接触面大型单剪试验和直剪试验,得到应力应变(位移)曲线以及抗剪强度曲线。两种试验的过程中都存在接触面积减小、应力不均匀以及土样实际位移小于所测位移的现象;单剪试验应力应变曲线呈应变硬化型,直剪试验应力位移曲线呈略微软化型;单剪试验的凝聚力大于直剪试验的凝聚力,单剪试验的摩擦角小于直剪试验的摩擦角;作用于结构面上的法向土压力较小时,接触面的破坏发生在土与结构的交界面上,法向土压力较大时,破坏发生在土与结构交界面附近的土体内。因此,在工程设计计算时,应根据情况取用不同的计算参数。     

中子土壤水分仪在真空预压含水率测试中的应用

真空预压加固过程中含水率的变化与地基的加固效果密切相关。传统的地基土体含水率测试方法是取样进行室内试验,本文将智能中子土壤水分仪引入真空预压过程中含水率的现场测试中,通过现场钻孔取土试验进行仪器标定,进而研究真空预压过程中土体中的含水率。基于地基加固前后钻孔取土烘干法室内试验数据与中子土壤水分仪测试数据,研究中子土壤水分仪的测试精度;得到不同深度土体含水率随真空预压时间的变化规律,分析真空荷载对土体含水率变化的影响机制。测试方法简便,结果精度可靠。     

延安地区黄土的含水率对工程力学特性的影响

为研究黄土的含水率对工程力学特性的影响,以邓肯-张模型对黄土土样的室内静三轴试验数据进行拟合分析,获得其邓肯-张模型参数、弹性常数随含水率变化的规律.在黄土剪切过程中,随着黄土含水率的增加其强度迅速降低,当围压较小时表现为延性破坏;当黄土含水率大于最优含水率时,土体的剪涨现象尤为明显.