小碎石与细土混合介质的导水特性

含碎石土壤的导水性质研究有利于这种多孔介质水分运动的模拟。本文采用室内定水头法和离心机法分别测定两种质地土壤（壤土、黏壤土）和三种岩性小粒径（2~10 mm）碎石构成的土石混合介质的饱和导水率和水分特征曲线,采用van Genuchten-Mualem模型计算各土石介质的非饱和导水率,分析碎石对土壤导水能力的影响。试验结果显示,风化程度低的碎石对黏壤土具有明显的增大饱和导水率的作用,且碎石含量愈高,增加的效果愈明显;而风化程度高的碎石对土壤结构无明显的改善作用,且对黏壤土具有减小饱和导水率的作用。风化程度低碎石介质的非饱和导水率随土壤水吸力的增加呈现了先大于土壤和土石介质的后迅速减小到低于土壤和土石介质的变化过程。风化程度低的河卵石和风化程度高的粉泥页岩碎屑分别构成的土石介质的非饱和导水率较土壤的低,而风化程度中等的片麻状花岗岩碎块构成的土石介质的非饱和导水率较土壤的高。近饱和状态下,碎石含量高的土石介质的非饱和导水率也相应的高,而较大的土壤水吸力下,土石介质的非饱和导水率呈现随碎石含量的增大而减小变化趋势。试验结论可为含碎石土壤水分平衡研究提供参考。

土石混合介质水分入渗特性试验研究

土壤中碎石的存在改变了土壤结构和土壤水分运动规律,为研究碎石含量和碎石粒径对土石混合介质水分入渗特性的影响,利用垂直一维积水入渗试验资料对其进行分析。结果表明:土石混合介质的累积入渗量和湿润锋推进速度均小于细土,碎石含量对累积入渗量和湿润锋的影响存在一个转折点,该转折点因粒级不同而不同;碎石含量对含水量剖面的影响表现为含水量随含石量增加而下降;碎石粒径只对混合介质本身的物理特性有影响,对水分入渗无明显影响。

土石混合介质中石料间隙土压实度剪切波速评价研究

采用室内重型击实试验的方法,分别对砂土、粉质黏土、低液限黏性土3种土样的纯土试件和土石混合试件进行了不同含水率、不同含石量情况下试件剪切波速对比试验。引入体积膨胀率γV,通过分析γV与细粒土剪切波速及关性模型。结果表明:石料间隙土剪切波速可由混合料宏观剪切波速推定。研究结果将为采用石料间隙土剪切波速评价混合料压实程度测试技术提供依据。

土石分层介质注浆扩散的试验研究

为了探索土石分层介质中的注浆扩散规律,设计一套分层介质注浆试验装置,开展土石分层介质注浆试验研究.通过分析浆脉分布特征、注浆压力变化特征和界面加固体渗透特征,分析浆液在土石分层介质中的扩散模式及其加固效果.讨论现有注浆理论对求解分层介质注浆扩散问题的适用性,提出针对土石分层介质灾害治理工程的注浆控制方法.研究结果表明:分层界面两侧介质不同的被注时序响应浆液不同的穿层路径,分层介质的层间突变性导致浆液发生渗透-界面式、劈裂-渗透式和渗透-界面-劈裂式这3种不同的扩散模式,分别对应界面浆脉黏结、贯穿浆脉连接和并行浆脉架构3种加固特征;提出注浆材料动态调节、同孔多序梯度注浆和分层界面控域注浆3种土石分层介质注浆控制方法.

土石混合介质导气率变化特征试验

土壤中碎石的存在改变了土壤结构和孔隙分布,进而影响土壤通气性能。该文通过对碎石单粒径土石混合介质导气率变化特征研究,旨在探讨单粒径土石混合介质导气内在机理,为进一步研究复杂的野外土石混合介质的导气特性提供基础。为了研究土石混合介质中碎石对导气率的影响,该文通过试验研究,分析土壤颗粒小于2mm的样本(砂土、砂壤土、黏壤土)、碎石质量分数(10%、20%、30%、40%、50%)和碎石粒径(2～3、>3～5mm)对土石混合介质导气率的影响。结果表明:在土壤颗粒小于2mm的样本条件下,土壤导气率呈砂土>砂壤土>黏壤土;在相同碎石质量分数的土石混合介质中导气率呈砂壤土>砂土>黏壤土;碎石的存在改善黏壤土的导气性能,使黏壤土碎石混合介质的导气率大于黏壤土的导气率;降低了砂壤土和砂土的导气性能,且砂土的降低幅度远大于砂壤土;在砂壤土中碎石粒径2～3mm的导气率大于>3～5mm的导气率;在砂土中碎石质量分数30%之内,碎石粒径>3～5mm的导气率稍大于2～3mm的导气率,在40%则相反,但两种粒径下混合介质导气率差异不是很明显。

土石混合介质入渗模型及其参数影响因素研究

选取4种碎石含量、5种碎石粒径,将纯土作为对照,共进行20组一维积水入渗试验和20组实测饱和导水率试验,分析了碎石含量对土石混合介质水分运动参数的影响以及水分运动模型的适用性。结果表明：Green-Ampt入渗公式、Philip入渗公式、垂直一维代数模型中个别参数随碎石含量的增加呈先减小、再增大、后减小的趋势; 模型的适用性因碎石粒径而异,粒径在0.5-3 cm时,垂直一维代数模型可以相对准确地描述土石混合介质的饱和导水率,粒径为3-5 cm时,Green-Ampt公式所描述的饱和导水率精度较高。

含水量对土石混合介质剪切波传播速度的影响分析

采用室内重型击实试验的方法,分别对低液限粘土、粉质粘土、砂土的纯土试件和土石混合试件进行了不同含水量、不同含石量情况下的剪切波速对比试验。研究了纯土试件在密度一定的条件下试件剪切波速随含水率的变化规律,同时分析了纯土试件含水量对剪切波速影响的机理。大量试验结果表明,土体的含水量与土石混合介质的剪切波速存在显著的相关性,即剪切波速随含水量的增加而减少,同时在土石混合料中这种相关性随着含石量的增大而逐步减弱。研究结果将为土石混合料压实质量剪切波速测试分析技术提供理论依据。

水平入渗法确定土石混合介质的水力参数分析

我国大量分布着土石混合山区，研究该区的土壤水分运动特征对于我国山区水文研究具有重要的现实意义，其中土石混合介质水力参数的确定是一个重要研究内容。利用一维水平入渗法间接的来推求土石混合介质的水力参数，将其求得的参数作为数学模拟软件hydrus-1D的输入参数来模拟水分入渗过程，将实测的累积入渗量与模拟累积入渗量进行对比，其相对误差介于0．04％～0．48％，说明利用一维水平入渗法来确定土石混合介质的水力参数具有较高的精度，满足实际需要。

多相土石复合介质电阻率特性的试验研究

在对大量多相土石复合介质试件的电阻率测试试验基础上,分析了土石复合介质土石比、压实特性、含水量等参数对电阻率的影响规律;基于试验数据的统计分析,给出了多相土石复合介质电阻率方程,该方程与Keller非饱和土电阻率方程具有完全相同的结构形式。研究表明:多相土石复合介质电阻率随含水量的增加呈幂函数衰减,随击实次数的增大而减小,随含石量的增大而增大;在相同条件下对电阻率的影响以含水量最为敏感、击实次数和含石量次之;在考虑含石量对土性参数、胶结系数以及饱和度指数的影响后,多相土石复合介质电阻率特性完全可以用Keller非饱和土电阻率方程来描述。

土石复合介质电阻率特性理论及应用研究

由于多相土石复合介质的土石颗粒特性、含石量、含水量、压实程度等均对电阻率特性产生重要影响,且各影响因素之间具有关联性,使得多相土石复合介质的导电性能变得极其复杂。基于现有的非饱和纯土介质和岩石介质的电阻率模型,构建了土石复合介质导电特性的物理模型,推导了土石复合介质的电阻率大小和物理特征参数之间的理论关系。研究表明:基于多相土石复合介质电阻率测试技术可以针对土石填方工程质量评价的不同需要反演土石复合介质特征参数。

垂直一维非饱和土壤水分运动代数模型在土石混合介质中的适用性研究

利用一维垂直入渗试验研究垂直一维非饱和土壤水分运动代数模型在土石混合介质中适用性。采用碎石粒径2~5mm和4组不同碎石含量下的土石混合介质,根据实测的土壤水分入渗特征量,推求出模型参数,再依据模型参数模拟水分入渗过程。对模拟入渗过程与实际入渗过程进行对比分析,两者之间的相对误差在6%以内,精度较高。说明垂直一维非饱和土壤水分运动代数模型在土石混合介质中具有一定的适用性。

土石混合介质堆积体力学特性试验研究

由于堆积体边坡物质组成和结构的复杂多变性,其变形和稳定性成为工程建设中极为关注和亟待解决的问题之一。以三峡库区一典型堆积体边坡为例,根据现场调查和取样结果,通过室内大型直剪试验,研究不同含水率、含石量以及密实度情况下堆积体抗剪强度的变化规律。试验结果表明:细粒土含量越多,含水率对土石混合堆积体强度的影响越明显;当含石量在70%以上时,抗剪强度有急剧增大的趋势,堆积体试样的强度随密实度的增大而增大。研究结果不仅为堆积体变形和稳定分析提供基础资料,也为类似工程建设中遇到的堆积体边坡问题提供一定的参考。

有限元子域法分析土石混合介质的饱和导水率

在黄土高原水蚀风蚀交错地区,碎石的存在影响着土壤的水力学特性,因此研究土石混合介质的渗流运动对该地区的植被恢复建设具有重要的指导意义。虽然用有限元法分析地下水渗流的工作很多,但对土石混合介质而言,由于有限元法的解题规模迅速增加,其研究甚少。本模型采用子域法矩形单元,假定土石体中石块含量增加不影响土的孔隙率且石块不透水分析了土石混合介质中的渗流过程。结果表明,影响土石混合介质饱和导水率的主要因素是土石介质的含石率;石块的大小基本不影响混合介质饱和导水率;石块分布方式增加水流路径时,会影响混合介质饱和导水率。这一数值分析结论与土石体渗流问题的部分理论结果和试验结果吻合良好。本模型子域法计算效率高,结果较准确,可用于较大规模的土石混合介质渗流分析,还可推广用于土石混合介质的三维分析和多级子域法有限元技术以获得更大规模的解题效果。

多相土-石复合介质波动传播特性

运用宏观等效与微观分析相结合的手段从理论上研究土-石多相复合介质的波动传播特性。在宏观上将多相土-石复合介质等效为均匀各向同性的连续介质，然后利用微观理论模型中的Gassman方程、颗粒接触理论、等效流体模量等求得土-石复合介质的等效体积模量和等效剪切模量。将等效模量代入宏观等效模型便可得土-石多相复合介质的波速理论公式。该波速公式中反映出多相土-石复合介质的纵横波传播速度与介质的干密度、土石比、含水量、深度、石料粒径以及饱和度相关，通过理论计算获得其相互之间的关系曲线和拟合表达式。计算出的关系曲线显示，除粒径对波速几乎没有影响外，其他因素对波速影响明显。并具有较好的规律性。

土石复合介质电阻率结构模型及影响因素分析

多相土石复合介质电阻率特性由于影响因素较多,目前对于其理论模型研究较少。在前人提出的非饱和土电阻率结构模型的基础上,基于土石介质串联和土石介质并联两种结构形式,建立了多相土石复合介质电阻率结构模型,并分析了含水率、孔隙率、土石比和饱和度对土石复合介质电阻率特性的影响规律,结果表明:当土石颗粒本身的成分不变时,影响土石复合介质电阻率特性的主要因素有含水率、孔隙率、土石比三个因素,其敏感程度从大到小依次为含水率、孔隙率和土石比。

土石混合介质碎石性质对土壤入渗和产流过程影响

为了研究土石介质中碎石性质对土壤入渗和产流过程的影响,本试验采用室内土柱试验,分析了两种不同岩性碎石(片麻岩和石灰岩)分别在碎石质量比例(土石介质比例)为15%、45%、65%和90%的条件下,对土壤入渗和产流的影响,并用Philip模型和Horton模型进行了拟合分析。其结果如下:(1)在同一种岩石,相同时间内,土壤累积入渗量随碎石含量的增多而减小,产流量随碎石含量的增多而增加;(2)在相同碎石比例条件下,相同时间内,片麻岩的累计入渗量大于石灰岩,而产流量小于石灰岩;(3)Philip模型、Horton模型均可拟合土石介质土壤累计入渗量随时间变化关系,稳定入渗率A(if)随碎石含量呈减小趋势,土壤吸渗率S随碎石含量呈减小趋势,而初始入渗率ii呈增加趋势。

土石混合介质中碎石性质对土壤水分特征曲线的影响分析

土壤水分特征曲线是研究多孔介质非饱和带土壤水分运动的关键参数。为研究土石介质中碎石性质对土壤水分特征曲线的影响,采用高速离心机,测定了两种不同岩性碎石(片麻岩和石灰岩)分别在碎石质量比例(碎石占土石介质比例)为0%、10%、20%、30%和40%条件下的土壤水分特征曲线,并运用了RETC软件的VG(van Genuchten)模型对土壤水分特征曲线进行了拟合分析。结果表明:(1)相同土壤水吸力条件下,土壤含水量随碎石比例的增大而减小;(2)相同碎石比例条件下,土壤水吸力相同时含石灰岩土石混合介质含水量降低幅度大于片麻岩;(3)VG模型可以拟合含不同性质碎石土石混合介质水分特征曲线,但拟合参数不稳定;(4)含石灰岩碎石的土石混合介质的土壤饱和含水量只与土壤所占比例有关,而含片麻岩碎石的土石混合介质的土壤饱和含水量与土壤和碎石各自所占比例均有关。研究结果可以为土石山区土壤水分运动过程计算提供一定参考。

土石复合介质电阻率变化特性研究

在最佳含水率条件下制备了土石质量比分别为9∶1,7∶3,5∶5,4∶6,压实度分别为90%,92%,95%,98%,100%的20个多相土石复合介质试件,通过测定各试件在吸水饱和过程中的电阻率变化,明确了其变化过程与土石比、压实度等物理参数间的响应规律及产生原因,同时将饱水过程中压实度与饱和度指标进行关联,最后采用非饱和岩石电阻率-饱和度关系模型对土石复合介质电阻率随饱和度变化规律进行了拟合,拟合结果总体良好.所得结果可为利用电阻率来检测土石坝坝体材料吸水饱和形成的渗漏通道提供数据支撑.

土石复合介质动力特性试验

基于室内不排水动三轴试验,研究了土石比、围压和地震烈度对土石复合介质的动力特性的影响;针对动强度的变化规律,分析了动强度参数动黏聚力和动内摩擦角的变化规律。研究表明:在相同压实度条件下,土石复合介质的动强度随土石比的减小而增大,随地震烈度的提高明显减小;对某一含石量,动黏聚力随烈度的增大逐渐减小,并且随土石比减小减小得更快,而动内摩擦角随烈度的增大而减小;在烈度相同,即相同振次条件下,动黏聚力随土石比减小而增大,动内摩擦角也随土石比减小而增大。最后,给出了动黏聚力和动内摩擦角随土石比和烈度变化的经验模型。

基于区域生长算法的土石混合介质细观识别与数值模拟研究

针对土石混合介质这一特殊地质体的力学特性研究问题,构建了基于区域生长算法的土石混合介质数字图像识别方法,实现对土石混合介质图像中土和石块的分割,有效解决了土石混合介质现场图像中噪声像素多,土石边界不明显,受阴影等因素影响等问题.在此基础上,对其二值图像进行离散元建模,研究该模型在直剪试验下的力学特性,试验结果表明:应用数字图像方法可以保证建立的模型中的土石分布与现场情况一致;区域生长算法可以将具有相同特征的连通区域分割出来,同时提供较好的边界信息和识别效果;该模型可以反映颗粒间的接触力分布和力链传递关系,从微观角度研究颗粒间接触和接触力的变化.该方法可为土石混合介质的研究提供参考.