含有机质黏土全吸力范围内土-水特征曲线试验研究

为研究全吸力范围内有机质含量对黏土保水特性的影响,以膨润土为基质,添加泥炭制备不同有机质含量土样,采用压力板法、滤纸法、蒸汽平衡法,对其进行土-水特性试验,从而获得全吸力范围内土-水特征曲线。试验结果表明:3种不同吸力测试可准确反映出含有机质黏土全吸力范围内的土-水特征曲线;有机质能够影响黏土的保水性,但在一定的吸力范围内,含有机质黏土的保水性还与孔隙结构和孔隙中水的形态相关;随着土中有机质含量的增加,土样的进气值和残余值与有机质含量呈线性关系,土的保水能力变强。

长春地区非饱和粉质黏土的土-水特征试验研究

土-水特征曲线(SWCC)是反映非饱和土工程特性的重要表现形式。为研究长春地区非饱和土的土-水特征曲线变化,以长春地区广泛分布的粉质黏土作为研究对象,采用GEO-Experts压力板仪和GDS非饱和土三轴仪对不同初始含水率的土体进行土-水特征曲线的测量分析。结果表明:不同设备所测得的结果基本一致,土体的进气值均在基质吸力25 kPa左右时达到。土体的体积含水率均随基质吸力的增加而减小,土-水特征曲线均在基质吸力为125 kPa时出现明显拐点。同一含水率土样,GEO-Experts压力板仪的排水体积比GDS非饱和土三轴仪多,压力板仪所对应的体积含水率相对较低。

干湿循环作用下原状黄土渗透性及其对土-水特征曲线的影响

为评估干湿循环作用对原状黄土水力特性的劣化效应,对甘肃Q 3黄土进行了4组不同干湿循环路径下的饱和渗透试验与土-水特征测试,分析土体饱和渗透系数和土-水特征曲线随干湿循环次数、循环幅度和下限含水率的变化规律。结果表明:原状黄土饱和渗透系数劣化度与干湿循环次数间关系可采用双曲线函数进行描述,6次循环后劣化度变化趋于稳定;土体饱和渗透系数劣化度随循环幅度增大而线性增大,随下限含水率增大而线性减小。V-G模型对干湿循环下黄土的土-水特征曲线拟合效果良好,模型参数θs、α、n变化幅度较小,而参数θr随循环次数增加呈指数下降趋势。依据试验结果建立了考虑干湿循环3参数的饱和渗透系数劣化模型与土-水特征曲线模型,并对土体非饱和渗透系数进行了预测分析。

脱湿路径下土体水分变化路径及体积变形对滤纸法测定土-水特征曲线的影响

尽管滤纸法已被广泛应用于非饱和土-土水特性研究,但滤纸法试验数据与压力板试验数据始终存在无法连续、光滑连接的问题。为此,以收缩变形不同的两类土为研究对象,从试样水分变化路径和体积变形两个方面着手,分别开展了一系列室内压力板试验、滤纸法试验和土的收缩试验,并基于土-水特征曲线(soil-water characteristic curve,SWCC)试验结果,进行统计指标的量化分析。研究结果表明,饱和脱湿路径下的滤纸法与压力板法联合测定的SWCC试验数据能够有效地连接,而无水分变化路径下的滤纸法与压力板法各自测定的SWCC试验数据在连接时可能会错开或交叉,尤其是变形显著的土体;为了较准确地估算基于饱和度的SWCC,提出一个简单的改进法,仅需补充土的收缩试验;针对不同滤纸法试验结果呈现的差异性,给出了合理的解释。该研究结果不仅能为试验人员在同时处理滤纸法和压力板法试验数据时提供重要的理论指导,还能拓展滤纸法的适用范围。

蔗渣生物炭对岩溶峰丛洼地石灰土土-水特征曲线的影响

岩溶地区岩石裸露、土壤浅薄且持水能力较低,其土壤水分保持和运动状况是其水土漏失治理的重要因素。生物炭拥有多孔结构和高比表面积,能改变土壤持水能力,但其种类、粒径、添加量和土壤类型等因素对土壤持水能力产生正面或负面作用,为了研究添加不同比例蔗渣生物炭对岩溶峰丛洼地石灰土持水特性的影响,选取位于广西河池地区岩溶峰丛洼地的石灰土壤作为试验样本,分别添加不同比例生物炭(0%,2%,4%,6%),利用滤纸法测定生物炭-石灰土混合土在0~40MPa吸附能力下土水特性曲线,并使用扫描电子显微镜(SEM)和核磁共振波谱法(NMR),观察生物炭-石灰土混合土的微观孔隙结构。研究结果表明:当土壤含水量超过30%时,不同比例生物炭掺入量的持水能力相似,土壤的持水性并不会随着生物炭掺入量的增加而持续提升。在添加生物炭0%,2%,4%时混合土的持水能力是在逐渐提高的,添加4%和6%时混合土的持水能力基本一致,这表明添加生物炭存在一个最优值和适用范围。建议岩溶峰丛地区石灰土含水率在30%以下时,施加4%~6%的蔗渣生物炭,可提高土壤的持水能力。

考虑滞后性的土-水特征曲线物理-统计模型研究

非饱和土的持水和渗透特性具有明显的滞后现象,即非饱和土的水力特性在脱湿过程与其在浸润过程会表现出明显的差异性。现有土-水特征曲线(SWCC)滞后模型多为经验模型,其结果在很大程度上依赖模型参数的选取。换言之,这些经验模型多为数学模型,模型参数缺失相应的实际物理意义。采用矩阵形式模拟修正毛细物理模型,通过数理统计的手段计算脱湿和浸润过程,土体中不同尺寸孔隙的水分含量,并累加各孔隙汇总的水分含量得到不同吸力状态土体的含水率。在计算浸润过程孔隙中水分含量时,深入分析留截空气、“墨水瓶”效应和“雨滴”效应对滞后现象的影响,并提出相应的计算公式。选取国内外SWCC脱湿与浸润的试验数据,和本文模型结果作对比。对比结果显示,物理-统计模型计算结果与试验数据吻合度较高,可作为预测SWCC滞后曲线行之有效的一种方法。

土-水特征曲线的试验研究及曲线拟合

土-水特征曲线是非饱和土力学研究中的一条重要曲线,其拟合参数对于分析非饱和土的各种性质具有重要意义。基于渗析法及滤纸法试验,测定了合肥市某工地非饱和膨胀土的土-水特征。以van Genuchten模型为基础,采用科学计算语言Matlab中的Lsqcurvefit函数对试验结果进行了曲线拟合,分析了土-水特征曲线拟合参数的多解性及其影响因素。拟合结果表明:渗析法试验得到的吸力范围偏低,拟合参数多解性较为明显;综合2种试验结果,可以得到较大吸力范围内的土-水特征曲线,且参数多解性较小;参与土-水特征曲线拟合的试验数据点的吸力范围应足够大,试验数据点应能够代表整条曲线的形状,试验点不必太过于密集,否则土-水特征曲线拟合参数的多解性较为明显;另一方面,只要试验数据点能代表整条曲线的形状,试验数据点的个数不必太多。这一研究结果对提高土-水特征曲线拟合参数的精度、提高试验效率有重要指导意义。

基于3个不等粒径非接触颗粒模型的土-水特征曲线

颗粒级配及孔隙结构对非饱和土的土-水特征曲线影响较大,传统的土-水特征曲线模型多采用试验数据建立,难以揭示颗粒级配及颗粒间接触情况等因素的影响。将黏土团颗粒视为规则圆颗粒,基于热力学原理及二维液桥计算模型,以3个不同直径的非接触黏土团颗粒为研究对象,建立反映非饱和土的微观结构的3个不同直径的非接触式颗粒模型,从微观角度探究土-水特征曲线,讨论了颗粒间间距、颗粒级配以及颗粒粒径等因素对土-水特征曲线的影响。结果表明:与颗粒接触组对比发现,土-水特征曲线的特征值均随着粒间距的增大而增大,等间距的情况下相应的增长趋势却存在一个峰值;在饱和度一定的情况下,不均匀系数与基质吸力呈反相关关系;在基质吸力相同的情况下,最大粒径越小则饱和度就越高。

非饱和含黏砂土的广义土-水特征曲线试验研究

利用非饱和土4联固结仪和非饱和三轴仪,解决了用压力板仪测试土-水特征曲线无法考虑体变、净竖向压力和净平均应力影响的问题,进行了考虑净竖向压力和净平均应力影响的土-水特征曲线研究,对未考虑净竖向压力或净平均应力的土-水特征曲线同考虑净竖向压力或净平均应力的广义土-水特征曲线的试验结果得出,净竖向压力或净平均应力是影响非饱和土土-水特征曲线的重要因素,试验结果与理论公式稳合较好,并结合非饱和理论和试验结果,拟合了可以反映净竖向压力或净平均应力影响的广义土-水特征曲线公式,与试验结果吻合较好。

某滑坡土体土-水特征曲线试验研究

利用能够控制基质吸力的4联式非饱和土直剪仪,对清江流域古树包滑坡滑带土体进行了不同固结应力条件下土-水特征试验,得出了土-水特征曲线并进行了函数拟合。结合土-水特征曲线拟合函数,经过数学推导确定了函数中各个参数的物理意义,建立了能够同时反映固结应力、基质吸力和含水率之间关系的函数表达式,弥补了其他方法不能考虑固结应力的缺陷,对补充和发展土-水特征曲线试验和理论具有重要意义。

非饱和残积土的土-水特征曲线试验及模拟

土-水特征曲线是指基质吸力与含水率或饱和度的关系曲线。土-水特征及其相关数学模型可用于非饱和土性质如渗透系数和抗剪强度模型的建立。通常,土-水特征曲线仅有脱湿曲线。笔者详细讨论了初始含水率、干密度、竖向应力及干湿循环对脱湿曲线的影响。采用滤纸法测试了厦门地区残积土的土-水特征曲线(SWCC)及滞回环。结果表明,初始含水率对SWCC影响较小,最优含水率干侧试样SWCC的进气值小,滞回环小;湿侧试样的进气值大,滞回环大;最优含水率试样的滞回环居中。初始干密度对SWCC有显著影响,低干密度试样SWCC进气值小,脱湿速率快;高干密度试样SWCC进气值高,脱湿速率低。滞回环的大小随着初始干密度的减小而增大。不同竖向应力下SWCC变化较大。随着竖向应力的增加,进气值增大,脱湿速率减小,滞回环减小并趋于稳定。第1次干湿循环对SWCC影响最大,随着循环次数的增加,进气值减小,滞回环减小并趋于稳定。由于残积砂质黏性土SWCC的过渡区和残余区不易区分,残余含水率难以确定,因此,提出5种剔除残余含水率参数的修正SWCC模型,计算分析得出,修正Gardner模型最适合厦门地区残积土的SWCC建模。

郑开下穿越工程非饱和土土-水特征曲线室内试验研究

利用气相法和渗吸法,对郑州至开封下穿越工程降水施工引起的非饱和砂质粉土和粉质黏土的土-水特征曲线进行了室内试验研究。研究结果表明,非饱和砂质粉土和粉质黏土的进气值约为2kPa和250kPa,残余饱和度对应的吸力值约为15MPa和28MPa,两种非饱和土的减饱和过程都具有明显的阶段特征。通过该工程非饱和土土土-水特征曲线的分段性研究,对于工程降水施工以及掌子面加固等有重要的指导意义。

氯盐渍土土-水特征曲线的试验研究

采用滤纸法和压力板法测定不同含盐量盐渍土的土-水特征曲线(SWCC),探讨土中含盐量对盐渍土土-水特征曲线的影响。试验结果表明,粉土中含盐量对基质吸力土-水特征曲线的影响不大。采用滤纸法测得的总吸力与基质吸力之间的差值随着土中盐溶液浓度的增加而增加,且该差值要大于相同浓度纯盐溶液的渗透吸力,其原因是由于土颗粒表面对溶液吸附作用引起的,用滤纸法测得的基质吸力土-水特征曲线处于脱湿曲线和吸湿曲线之间。采用蒸汽平衡法测定Whatman 42号滤纸在高吸力阶段的总吸力的率定曲线,使得高吸力时用滤纸法测定吸力更为精确。

黄泛区非饱和砂质粉土的土-水特征曲线试验研究

为了确定黄泛区非饱和砂质粉土的土-水特征曲线,以开封市朗润园小区的地下土为试验对象,通过滤纸法对其进行了室内试验研究,并利用Van Genuchten模型对试验测定出的土-水特征曲线进行了拟合。研究结果表明:非饱和砂质粉土的进气值约为9.5kPa,残余饱和度对应的吸力值约为73.5kPa,非饱和土的减饱和过程具有明显的阶段特征。根据拟合出的含水率和吸力之间的函数关系,可以预测黄泛区非饱和砂质粉土的土-水特征曲线。

树坪滑坡非饱和土的土-水特征曲线试验研究

滑坡失稳是三峡库区重要的地质灾害,滑坡岩土体性质是决定滑坡是否失稳的一个重要的内在因素,而岩土体的土-水特征曲线是反映岩土体性质的一个重要指标,所以对其进行研究具有十分重要的意义。以三峡库区典型滑坡树坪滑坡为研究对象,通过采集滑坡体同一剖面不同位置和同一位置不同干密度的土样进行非饱和土的土-水力学特征试验,研究了土样位置和干密度对非饱和土的土-水特征曲线的影响。结果表明:不同位置的土样由于孔隙率和粒径级配等的不同而使其土-水特征曲线呈现形状各异;土样的干密度越大,进气值越大;在施加相同压力的情况下,土样的干密度越大,饱和度越大,即土样的干密度越大,饱和度的变化越缓慢;在一定的范围内,土样残余体积含水量随着土样干密度的增加而逐渐增大。

不同影响因素下非饱和红土土-水特征曲线的试验研究

以江西典型的红土为研究对象,利用GEO-Experts压力板仪进行不同影响因素下红土的土-水特征曲线试验研究。研究内容包括不同粒径、不同干密度、不同含水率、不同预固结压力、脱湿和吸湿循环以及反复脱湿和吸湿循环对土-水特征曲线的影响;通过三种常用的SWCC模型(Brooks和Corey模型、van Genuchten模型及Fredlund和Xing模型)对试验数据进行拟合和分析,找出适合江西典型红土的土-水特征曲线方程,并提出了模型中参数的取值范围;本文还提出了土-水特征曲线的双曲线模型,该模型对计算残余含水率非常方便,参数变化范围小,容易选取。

干密度对非饱和黄土土-水特征曲线的影响试验

在改进的压力板仪上,通过动态多步流动法试验,对不同干密度的非饱和黄土进行脱湿过程的土-水特征曲线测定,分析干密度对土-水特征曲线的影响。结果表明:利用改进后的压力板仪进行试验,结合非平衡状态下非饱和土的饱和度演化方程,能节省大量试验时间,并能降低试验误差;不同干密度非饱和黄土的土-水特征曲线存在差异,干密度越大,进气值和残余含水率越大,持水性也越强;不同干密度土样的土-水特征曲线存在一交点,该交点横坐标(含水率)与击实曲线最优含水率基本保持一致。

花岗岩残积土的全吸力土-水特征曲线试验及模型研究

为了能便捷准确地估算非饱和土的强度、变形及相应的渗透系数,土-水特征曲线的试验与理论研究至关重要。目前对于土-水特征曲线的测定已有多种试验方法,但无论何种方法,都有着试验周期较长且测量范围有限等缺点。为了能够以便捷方式得到大量存在于江西赣南地区花岗岩残积土的全吸力范围土-水特征曲线,分别采用压力板法(0~0.4MPa)、滤纸法(0~40MPa)、饱和盐溶液法(3~367MPa)测定不同吸力范围内的土-水特征曲线,通过数据筛选整合成一条全吸力范围内土-水特征曲线,并使用4种常用的土-水特征曲线数学模型,对试验所得的土-水特征曲线进行拟合寻优。研究结果表明:通过对4种数学模型的拟合效果比较分析,VG模型预测江西赣南地区花岗岩残积土全吸力范围的土-水特征曲线与试验数据吻合度最高。本研究对于花岗岩残积土的全吸力范围内土-水特征曲线预测有着重要意义。

土-水特征曲线预测非饱和土的 抗剪强度对比研究

土壤抗剪强度是土壤力学中的一个重要参数,它反映了土壤抵抗剪切变形的极限能力。这一特性受到多种因素的影响,包括基质吸力、含水率、土壤类型和结构等。在土壤力学的研究中,理解和预测抗剪强度对于评估土壤的工程性质、设计土木工程结构以及研究土壤的稳定性具有重要意义。本文旨在探讨如何基于基质吸力和含水率模型,通过拟合土 - 水特征曲线来预测土壤抗剪强度。

路基煤矸石填料土-水特征曲线试验研究

煤矸石作为煤层开采和洗选过程中产生的废弃料,常用于路基填筑。压实的路基煤矸石填料存在双孔隙群结构,其土-水特征曲线(SWCC)具有双台阶现象。而SWCC与土体非饱和渗透系数密切相关,对路基内部水分运移以及路基长期累积变形有重要影响。为了探究压实度、粉粒含量、最大颗粒粒径对双台阶SWCC的影响,对路基煤矸石填料进行了一系列压力板试验,并采用描述双台阶SWCC的Bi-V-G公式拟合实测SWCC,分析了模型参数变化规律。试验结果表明,粉粒含量为5%时,不同压实度试样SWCC均存在双台阶现象;粉粒含量为50%时,随着压实度增大,试样SWCC由双台阶形过渡为单台阶形,在0.90和0.95压实度之间存在一个界限值,双台阶现象消失;增大压实度、提高粉粒含量或减小最大颗粒粒径,均会使SWCC台阶高差减小。随着压实度增大或粉粒含量提高,模型参数a1、a2(与进气值有关的参数)和n1、n2(与排水程度有关的参数)值均逐渐减小,试样大、小孔隙部分均进气值增大,持水能力提高。