孔隙分布曲线及其在土的结构性分析中的应用

对原状结构性黄土几个点上的试样 ,在利用电子显微镜进行孔隙分布定量分析的基础上 ,总结了减小随机性影响的方法 ,从而得到了规律稳定、具有较高灵敏性的孔隙分布曲线。提出了将孔隙分布曲线与颗粒分布曲线结合起来 。

用孔隙分布曲线预测压实黄土非饱和渗透曲线及其适用范围的探讨

土体非饱和渗透曲线受其孔隙分布的控制,因此可以用孔隙分布曲线预测渗透曲线。为了探讨这一方法对压实黄土的适用范围,制备了3组不同干密度的压实黄土样,通过压汞试验测得土样的孔隙分布(pore-size distribution,简称PSD)曲线,用课题组设计的小型土柱设备测定了其非饱和渗透曲线。利用PSD曲线预测渗透曲线,并与实测数据进行对比。结果表明:压实黄土的渗透曲线可分为由毛细水主导的低基质吸力阶段和由吸附水主导的高基质吸力阶段。在低吸力段,3组土样的渗透曲线差异较大,而在高吸力段3组土样的渗透曲线重合,表明高吸力段的渗透性和干密度无关。此外,3组土样的预测结果和实测数据在低吸力段吻合较好,在高吸力段预测结果小于实测结果。从PSD曲线的预测原理可见,该方法适合毛细水不适合吸附水。为此对高吸力段渗透曲线提出了修正方法,修正后的曲线可描述全基质吸力范围内的渗透曲线。

单、双孔隙结构非饱和黏土孔隙分布变化规律试验研究

由于孔隙分布曲线的复杂性,在非饱和过程中黏土的孔隙结构变化规律尚不明晰,这导致基于孔隙分布模型计算土-水特征曲线存在较大的误差。针对这一问题,基于干缩试验与压汞试验,对单孔与双孔结构重塑黏土在脱湿过程中孔隙分布曲线的变化规律进行了定量分析。研究表明:在脱湿过程中孔隙分布曲线存在平移、缩放等变换。构建了t分布和双t分布函数,提取了孔隙分布曲线的自由度、峰值、峰值对应的孔隙直径作为特征参数来表征孔隙分布变化规律,发现了特征参数和土样孔隙比之间存在较好的线性关系。基于试验结果,建立了含水率-孔隙比-孔隙分布曲线关系,提出了一个考虑孔隙结构变化的重塑黏土土-水特征曲线计算框架。最后,与试验测得的土-水特征曲线进行比较,验证了所提出的计算方法的准确性。

击实黄土孔隙结构对土水特征的影响分析

土水特征曲线是非饱和土的基本土物理-力学关系,即将含水率这一物理参数转化为土粒间力的作用,土水特征曲线受土的结构控制。为了探讨击实黄土孔隙结构对土水特征曲线的影响,本文在3种不同的初始含水率(小于最优含水率8%、最优含水率17%和大于最优含水率19%)下制备不同结构的击实黄土试样,分别用压汞试验测其孔隙分布曲线,用滤纸法测其土水特征曲线,并用扫面电镜获得其微观结构图像。对以上测试结果的分析表明,3种击实土样的孔隙分布曲线在相应的大孔径范围内相差较大,在小孔径范围内趋于一致;土水特征曲线在低吸力区差异较大,小于最优含水率的击实黄土土水特征曲线最陡;在高吸力区,3种击实土样的土水特征曲线趋于一致,这与孔隙分布特征一致。对比孔隙密度分布曲线与土水特征区曲线发现,土的土水特征受孔隙分布的控制,孔隙密度越大,土水特征曲线的斜率越陡。SEM图像也显示出3种击实土样的结构特点,小于最优含水率的土样有较多架空孔隙,优势孔径最大;高于最优含水率的土样,大孔隙减少,小孔隙增多,优势孔径最小。而最优含水率的击实黄土的孔隙分布较均匀,优势孔径覆盖范围大。

黄土孔隙结构演化对其土-水特性影响分析

作为黄土的关键水力参数之一,土-水特征曲线(SWCC)受到了土体孔隙结构特征的影响;然而目前还缺乏基于黄土沉积过程的孔隙演化对其土-水特性影响分析。本文在陕西泾阳县泾河南塬黄土剖面自上至下取L1、L2和L6黄土,通过扫描电镜定性分析黄土孔隙结构随沉积过程的演化特征,通过孔隙分布(PSD)曲线量化分析各层黄土的孔径分布特征;在此基础上,利用滤纸法测定黄土SWCC曲线,对比分析黄土SWCC随埋深的变化规律。通过Young-Laplace方程将孔径转化为对应的吸力值,将PSD与SWCC曲线采用同一吸力坐标放置一起,分析黄土孔隙结构分布与SWCC的对应关系。结果表明:随埋深的增大,黄土优势孔径及其分布密度减小;相应地,黄土SWCC的饱和段增长,进气值增大,过渡段变缓,持水能力增强。同时,在各层黄土取样位置取重塑土样,在确保制样含水率和干密度与对应原状土一致的情况下,对比分析重塑与原状黄土的孔隙结构与土-水特性,发现随着土层埋深的增大,两者之间孔隙结构差异增大,SWCC的差异也随之增大。

考虑双孔结构影响的压实红黏土持水特性及数学模型研究

红黏土常作为我国南方地区铁路、公路等基础设施建设的路基填料,在压实过程中呈现出双峰孔隙结构特征,其对红黏土土水特性、路基强度和稳定性影响显著,导致压实性不良、水稳定性差等工程问题凸显。为此,以广西南宁―湛江高速公路红黏土为试验对象,采用静压法制备4种不同压实度的试样,并通过低场核磁共振技术、HYPROP水势仪和冷镜露点仪,分别测得不同压实度下广西红黏土的孔隙分布曲线和土水特征曲线,分析大小孔隙对赋存水状态的影响。基于相关试验结果,提出了界限孔径划分方法及孔隙水的赋存形式演化规律,从微细观角度揭示了压实红黏土持水机制,分别构建基于Dubinin-Astakhov吸附理论的小孔吸附方程和基于Kosugi模型的大孔毛细方程,最终建立全吸力范围内考虑双峰孔隙结构影响的SWCC模型。最后采用该模型对具有双孔结构的6种红黏土和2种其他类型土实测SWCC数据进行对比分析。研究结果表明,随着压实度的增加,土体双孔结构中大孔分布会有明显变化,大孔隙液态水占比下降,而小孔几乎不受影响,进而导致土水特征曲线形态在低吸力段出现差异。SWCC模型与试验数据吻合良好,且模型参数物理意义明确,能够普遍应用于双孔结构土体持水特性的描述,对路基水分迁移计算和变形预测具有指导意义。

非饱和土干化过程微观结构演化规律研究

水-力耦合特性是非饱和土最基本的力学特性之一,含黏粒土体的孔隙结构对含水率变化非常敏感,相应的孔隙分布曲线也会随之变化。基于已有的试验研究成果,揭示了水力路径下土体微观结构的演化规律,建立了孔隙比与孔隙分布曲线之间的关系,由此提出了一个能模拟干化过程中孔隙分布曲线变化的理论模型。所建立模型中,吸力增加后的孔隙分布曲线可由初始曲线通过平移、缩放以及分散三步得到;其中孔隙分布的平移量和缩放量与孔隙比线性相关,而分散程度与孔隙比满足指数衰减关系。模型预测结果表明,所建立的模型不仅能预测集聚体间和集聚体内孔隙分布的变化,而且能较好地反映中间态孔隙分布曲线的变化。

FMI测井资料在非均质储层评价中的应用

对于非均质性较高的火山岩或碳酸盐岩储集层,利用传统的孔隙度测井方法求取的缝洞孔隙度误差较高。为此,借助FMI测井资料具有的连续性、方位性、直观性和高分辨率优势,结合常规测井资料进行裂缝性储层评价。该方法包括两个步骤:首先将浅侧向刻度过的FMI电阻率数据转化为孔隙度频率分布曲线;然后选择某一孔隙度值作为基质与缝洞孔隙度的分界点,进而求出基质孔隙度及缝洞孔隙度。将实际资料处理结果与FMI图像及孔隙度数值进行了对比,结果表明,该方法解释精度较高,切实可行。

甘肃Q_3原状黄土的微观结构对其土-水特征曲线的影响

为了探究原状黄土土-水特征曲线与土样微观结构之间的关系,对甘肃黑方台不同埋深Q_3原状黄土进行了基本物理指标的测试,张力计法测得其土-水特征曲线,并利用Fredlund&Xing模型对土-水特征曲线进行了拟合。采用光学显微镜和Photoshop合成技术获得了不同埋深土样的微观结构,统计得到孔隙累积级配曲线和分布曲线。结果表明不同埋深Q_3黄土,颗粒组成相同;其土水特征曲线,在饱和区,相同基质吸力下土样埋深(干密度)越大,体积含水率越小;而在过渡区,体积含水率则越大;在残余区,土水特征曲线几乎重合,这种差异主要是由土样的孔隙分布特征所控制。最后根据土样的分布曲线建立了黄土土水特征的本构关系,其预测值同实测值基本吻合。