降雨入渗下非饱和土边坡临界稳定性分析

运用分形模型预测非饱和土的土水特征曲线与导水系数曲线,结合孔隙气体流动分析,模拟降雨入渗条件下的一维非饱和渗透过程。根据非饱和土抗剪强度的分形模型,导出降雨入渗下非饱和土边坡临界深度公式,并分析了影响边坡稳定性的因素。非饱和土的分维与进气值影响土体的水理性质。分维影响降雨的入渗速度与入渗深度,而进气值影响降雨入渗下土体吸力的变化曲线形态。非饱和土的饱和导水系数与降雨强度对边坡稳定性影响较大,在降雨强度远大于非饱和土的饱和导水系数时,孔隙气体在降雨入渗过程中将产生气压,对吸力产生影响。

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。

考虑蒸发影响的非饱和土坡渗流分析

运用分形模型理论预测了粘土、粉土与砂土的土-水特征曲线与导水系数曲线。讨论了大气降雨-蒸发作用对非饱和渗流场的变化规律。在大气蒸发作用下,粘土边坡表层土体的负孔压逐渐增大。随着降雨入渗,粘土边坡坡脚处的土体首先达到饱和状态,并出现正孔隙水压。在降雨过程中,粉土边坡与砂土边坡的坡脚处,难以形成正孔隙水压。粘土边坡的实际降雨入渗量较小,且与土体的初始含水量、降雨类型、土体的导水系数等因素有关。非饱和土的实际蒸发量不等于其饱和状态时的土体蒸发能力。当土体达到饱和状态时,两值相等。实际蒸发量与潜在蒸发量的比值是土体表层基质吸力的函数。

不同密度人工水草对氮、磷去除效果研究

污水处理厂出水作为城市公园景观用水,已成为我国北方缺水城市的通遍做法。由于污水处理厂出水中氮、磷含量相对较高,景观水体极易发生富营养化。本实验利用碳纤维人工水草作为生态基形成生物膜,对景观水体进行脱氮除磷处理效果进行研究。试验共布设2株/m^2、4株/m^2、10株/m^2、16株/m^2、20株/m^2 5种水草密度,通过SPSS进行方差分析,结果显示不同密度人工水草对氮,磷去除效果存在差异,明4株/m^2、10株/m^2,20株/m^2对总氮、氨氮、溶解性磷酸盐具有显著去除效果,对总磷去除效果不明显。叶绿素a浓度与氮、磷去除率呈正相关,表明在流动水体中藻类优势群落的形成对微生物膜快速形成以及污染物的去除有重要影响。

非饱和黄土持水特性的温度效应研究

利用蒸汽平衡法测定了不同温度下(0~40℃) Whatman No.42滤纸总吸力与含水率之间的变化关系,并给出了各温度下(0℃、5℃、10℃、20℃和40℃)该滤纸测量土样总吸力的率定曲线方程。试验结果表明,不同温度下Whatman No.42滤纸的总吸力与其含水率呈良好的线性关系,Whatman No.42滤纸的持水性能随温度升高而降低,且该温度效应随吸力增大而减弱。依据本文所测定的总吸力率定曲线,研究了非饱和重塑黄土土样在不同温度下(0~40℃)的持水特性,结果表明,非饱和重塑黄土的持水性能随温度升高而降低,且随着温度的升高或者含水率的降低,该温度效应逐渐减弱。试验结果可为不同温度下利用滤纸法测量土样吸力提供参考依据。

石灰改良土的土水特征曲线及其冻结特征曲线

土水特征曲线反映了非饱和土的持水特性,与土体的水力特性及力学特性密切相关。土的冻结特征曲线表示土体中液态水的势能与含水率之间的关系,也可以用来描述土体的持水特性。以黄土为研究对象,利用低温恒温冷浴结合核磁共振系统(NMR)测得未处理黄土以及石灰改良土的冻结特征曲线,根据冻结温度降低法计算得出试验土样0℃时对应的土水特征曲线。另外,采用滤纸法在0℃附近得到实测的土水特征曲线,将这两结果进行对比分析,并讨论了抽真空饱和过程对土样的土水特征曲线的影响。通过滤纸法测得的土水特征曲线与非饱和土样的冻结特征曲线具有较好的一致性,两者之间存在差异很小。土样在饱和状态下利用冻结温度降低法得到的孔隙水总势能ψ与质量含水率ω关系曲线位于非饱和土样结果的下方,这可能是因为饱和土样在冻结过程中会发生冻胀现象,土样结构被破坏,孔隙增大,土样持水性能下降。

粉质黏土导热系数变化规律及模型预测

为了研究与电缆载流量相关的土体导热系数,以上海奉贤区某施工现场粉质黏土研究对象,使用KD2 Pro型热特性分析仪,采用热线法测定较广温度范围(5~90℃)和含水率范围内(干燥~饱和状态)重塑土样的导热系数变化,并运用修正的颗粒间接触传热(IPCHT)导热系数模型对试验结果进行了预测分析.结果表明:非饱和上海黏土在较低温度下(≤60℃)的导热系数随其含水率增加的变化幅度相对较小;较高温度下(>60℃)土样含水率对导热系数的影响较为显著.而对于饱和土样,其导热系数对温度的变化不太敏感.低于90℃时IPCHT模型预测非饱和黏土土样的导热系数效果比较理想,90℃时该模型的预测值和实际值有偏差,经传质增强因子修正后符合工程要求,但对饱和上海黏土导热系数的预测结果偏差较大.研究结果有助于进一步建立饱和上海黏土导热系数模型与电缆载流量的有限元模型.

蒸发−降雨条件下膨胀土边坡裂隙演化模拟

为探究大气作用下膨胀土边坡裂隙的演化规律,以南阳地区膨胀土为研究对象,首先,通过室内单元试验测定南阳膨胀土的胀缩系数;其次,采用有限元法分析不同大气条件下膨胀土边坡的非饱和土渗流问题;最后,基于室内试验与有限元计算结果,采用离散元法模拟蒸发−降雨作用下膨胀土边坡裂隙的演化过程。研究结果表明:表层土体的含水率受气候影响较大,随着深度增加,土体含水率变化受大气的影响逐渐减弱,且边坡内部土体含水率变化存在滞后性;在蒸发作用下土体失水收缩,裂隙首先出现在坡肩位置处的表层土体中,随着蒸发过程的持续,边坡各个位置均逐渐出现裂隙;边坡各部位裂隙数量、发育深度、增长速率与坡体含水率变化趋势一致,即在蒸发早期变化较快,随着蒸发时间增加,增长速率趋于稳定;边坡各部位裂隙发育的方向均垂直于边坡表面,裂隙的形态呈现出上宽下窄的“V”字形;受临空面的影响,坡面处裂隙的发育深度大于边坡其余部位的深度,且随着边坡高度增加而增加;降雨时边坡土体吸水膨胀,边坡各部位裂隙逐渐收缩、闭合,裂隙数量以及裂隙发育深度均减小。

不同龄期下石灰改良土持水特性的温度效应

石灰改良是一种经济、有效的土质改良方法,在实际工程中,改良土由于长期暴露在复杂气候与环境中,普遍存在长期强度衰减现象。土水特征曲线是研究土体水分运移规律及其水力性能的重要途径。为研究温度和养护龄期对石灰改良土土水特征曲线的影响规律,制备了未处理重塑土样和不同养护龄期(28、90 d)下的石灰改良土样,采用滤纸法测定不同温度(0~40℃)下各土样的土水特征曲线。结果表明:石灰改良、养护龄期和温度均影响土样的持水性能,并且这种影响会随含水率的下降而降低;温度效应随温度升高而减弱。最后,采用VG模型拟合土水特征曲线,并探讨石灰改良、养护龄期和温度对于VG模型各项参数a、n、θs、θr的影响。研究结果揭示了不同温度下(0~40℃)石灰改良黄土持水特性的变化规律,为不同环境下石灰改良土水力特性的预测以及工程设计参数的选取提供依据。

采用对分课堂模式的“地基处理”全英文课程建设探讨

随着"一带一路"倡议的大力推进,我国高校培养适应当前国家发展的土木工程国际化高级人才的任务十分紧迫。全英文土木工程专业课程的建设一方面能够适应新形势下土木工程高端人才的需求;另一方面能够促进我国高等教育国际化发展,从而提升我国高等教育的国际化水平。地基处理是一门重要的土木工程专业课程,文章基于该课程的特点与教学现状,引入对分课堂创新教学模式,对其全英文课程的建设进行了探讨,并提出了一些建议与措施,为土木工程全英文课程建设提供参考。

液氮泄漏对超导电缆管线槽混凝土物理力学性质的影响

高温超导输电技术利用液氮冷却辅助系统将超导电缆本体冷却至超导临界温度,实现导电体的大电流传输,具有低损耗、高效率与大容量输电的优点。针对高温超导电缆管线槽面临的极低温冻融作用问题,对不同冻融次数的C25混凝土开展超声波检测试验、单轴抗压强度试验与核磁共振试验。试验结果表明,冻融循环作用导致的混凝土超声波波速下降与抗压强度恶化集中在冻融初期,且混凝土超声波波速与单轴抗压强度均随着混凝土冻融次数的增加而逐渐降低;混凝土在经历4次液氮冻融后,超声波波速最大下降比例超过13.6%,之后趋于稳定;混凝土的抗压强度等级最大降幅超过28%,不同冻融循环次数的混凝土破坏形态基本同常温;最后结合核磁共振试验,从微观结构分析了C25混凝土孔隙特征随冻融次数的变化规律,随着冻融次数的增加,造成混凝土内孔隙比以及大孔数量的增加,使得混凝土内的密实度降低,造成混凝土冻融初期超声波波速与混凝土单轴抗压强度的降低。