基于分形理论的毛细水上升高度模型及试验验证

沿海地区的路基工程中,毛细水上升会产生路基病害,影响道路运营的安全性和耐久性,因此研究毛细水上升高度尤为重要。文章视毛细水上升为一种非饱和土的渗流现象,引入分形维数对非饱和土渗透系数进行修正,进而提出了基于分形理论的毛细水上升高度模型,得到了毛细水上升高度随时间变化的曲线;而后对南通某干线公路路基土样进行竖管法毛细水上升高度试验,改变土样的干密度及初始粒径的分形维数分布做对照组试验。研究结果表明:毛细水上升呈现初期先快速增加,然后缓慢增加,最终趋于稳定的趋势;土样颗粒粒径分布的分形维数越大,得到的毛细水上升高度越大;土样的干密度越小,即孔隙率越大,得到的毛细水上升高度越大。文章提出的毛细水上升高度模型中,毛细水上升高度与试样孔隙率、饱和渗透系数、进气值对应的毛细水上升高度、分形维数等参数相关。在模型理论值计算中认为分形维数变化仅改变进气值对应的毛细水高度,不改变饱和渗透系数,而干密度变化即孔隙率变化仅导致饱和渗透系数变化,不改变进气值对应的毛细水高度,由此得到的模型计算结果与试验结果趋势一致,验证了理论模型的正确性,可以为公路路基毛细水病害防治提供理论指导。

砂性土路堤填料毛细水上升试验分析

为分析砂性土路基填料的毛细水上升规律,文章依托某高速公路,通过施工现场取样,在了解砂性土样的基本性质后,通过室内试验分析了压实度、温度、含水量对毛细水上升规律的影响。结果表明:压实度对毛细水上升高度的影响较大,随压实度增加,砂性土毛细水上升高度也随之增加,路基压实度应高于95%;环境温度对其影响较小,随温度升高毛细水上升高度略有增加;含水量对毛细水影响较显著,随含水量的增加,毛细水明显下降,路基填料含水量应控制在9%~10%。

高速铁路路基改良土垫层对毛细水处治的经济性分析研究

路基内毛细水上升导致的翻浆冒泥、冻胀等灾害影响高速铁路安全稳定运行。为实现安全、有效、经济的治理毛细水灾害,依托铁路工程实际,开展石灰改良土和水泥改良土垫层毛细水上升实验研究,并进行经济对比分析。研究结果表明,石灰改良土垫层和水泥改良土垫层均具有抑制毛细水上升的效果,水泥改良土垫层相比石灰改良土垫层具有较高的经济效益,具有较好的路用性能和社会效益,成果可为毛细水灾害严重地区工程项目提供借鉴。

南通路基土毛细水上升高度试验探究

毛细水上升会产生路基病害,以南通某干线公路路基土为研究对象,进行毛细水上升高度直接观测法试验,探究干密度、颗粒分布、含水率对毛细水上升高度的影响。结果表明:不同含水率的土样,随着干密度的增大,毛细水上升高度均呈减小趋势;随着颗粒分形维数的增大,毛细水上升高度均呈增大趋势;水泥改良含水率10%的土样,随着水泥掺量的增加和养护龄期的增长,水泥固化对毛细水上升的抑制作用明显;固化改良施工可选择8%水泥掺量、7天养护龄期或6%水泥掺量、14天养护龄期。

潜水矿化度对毛细水上升高度的制约特征研究

为了探究不同土壤类型矿化度对毛细水上升高度的制约特征,文章选取不同粒径砂性土与砂质壤土开展不同矿化度影响下的土壤毛细水室内柱试验研究,定量刻画了粒径与矿化度对毛细水上升高度的差异,建立了对数函数拟合模型。试验结果表明,矿化度通过改变土壤水的重力势、基质势来制约毛细水的上升高度。矿化度为0.8、15.0、50.0g/L时,72 h中砂最大毛细水上升高度h_(max)分别为32.5、31.3、30.2 cm,细砂h_(max)分别为50.4、48.6、48.7 cm,粉砂h_(max)分别为72.3、76.4、76.0 cm,砂质壤土h_(max)分别为59.0、60.2、58.6 cm;粉砂和砂质壤土的毛细水上升速率变化波动较大,全试验周期内毛细水上升高度h与时间t可用三参数对数函数刻画。该研究结果揭示了矿化度对毛细水上升高度的制约特征,深化了毛细水上升高度的机理研究,可为土壤盐渍化治理、确定地下水生态水位提供技术支撑。

长江口细砂毛细水上升高度试验研究

对路基填料长江口细砂通过室内模拟毛细水上升试验进行研究,为相关工程提供数据支持。通过试验可知:不同细砂含水量对上升高度的影响,毛细水上升高度的含水量分布情况及其上升高度与时间的关系,并最终给出合理的长江口细砂毛细水上升高度的取值范围。

考虑毛细水负压力引起坑外场地沉降量计算方法和潜在威胁性研究

为得出毛细水负压力对坑外场地土体沉降影响,从而更准确计算出因坑内水位降深引起的坑外土体沉降量。借用海森(Hazen A)经验公式进行估算水位下降后毛细水上升高度,进一步得出毛细作用产生的负压力。在规范给出的分层总和法计算土体沉降基础上,给出考虑毛细水负压力计算土体沉降方法,为计算坑内降水造成周边土体沉降提供参考。通过该计算方法分别分析在不同孔隙比、有效粒径条件下,毛细水负压力对土体沉降的影响性。结果表明毛细水上升高度随着土体粒径及孔隙比的减小而增大,尤其当土体有效粒径小于0.075 mm时,应着重考虑考虑毛细水负压对土体沉降影响。

毛细水上升高度综合试验研究

通过对12种不同粗细土料进行室内竖管法毛细水上升高度试验,得到毛细水上升高度与时间关系曲线,并分析了影响因素和变化规律。粗粒土毛细水上升高度与时间过程可用对数坐标下二次多项式回归方程进行模拟和预测,方程参量与反映土的颗粒组成和装填密实程度大小的物理指标密切相关。给出了各种粗细粒土毛细水上升稳定高度数据。对粗粒土建立了毛细水上升最大高度与其物理指标(有效粒径d10和孔隙率n)间的实用回归方程式。还将试验数据与以往常用的估计粗粒土毛细上升最大高度的海森等公式进行了对比,指出后者之缺陷和不足。

高矿化度对砂性土毛细水上升影响

为明晰极端干旱区高盐度潜水蒸发机理,指导盐荒地开发与水盐调控,开展了砂性土条件下,不同粒径及潜水矿化度(1、30、100、250g/L)组合的毛细水上升试验。结果表明,试验后期毛细水上升规律稳定时段:粗砂土柱,潜水矿化度越大,毛细水上升高度越小;细砂土柱,1g/L处理毛细水上升高度明显大于其他3组;粉土土柱,不同处理毛细水上升高度由大到小为:30、100、250、1g/L。试验初始阶段,除粗砂外并不表现为矿化度越大,毛细水上升速度越小的趋势。相比高矿化度,粒径是控制毛细水上升的主要因素。研究表明,土体颗粒较细时(细砂、粉土),高矿化度不仅改变毛细水重力,也使得土体孔隙结构发生不同程度变化,二者综合作用于毛细水上升过程。

颗粒级配对毛细水上升影响的研究

为了研究颗粒级配对毛细水上升的影响,通过观察同一含水量的土样在不同颗粒大小或不同颗粒级配条件下,毛细水上升速度、高度与时间的关系,得到如下结论:①粗、中、细、极细4种粒组所组成的土样,在毛细水上升开始阶段中粒速度最大,随着时间的推移,颗粒越细上升的速度变得相对越快,颗粒愈粗达到最大高度所需的时间愈短。②不同颗粒级配条件下对毛细水上升高度影响较大的是极细粒组的含量,细粒含量的增大毛细水上升高度增大。同一类土毛细水上升的特征是随细颗粒含量增多相对上升速度由慢变快。

某尾矿坝毛细水带内的坝体材料物理力学特性研究

毛细水的存在将使尾矿坝坝体材料的物理力学特性发生较大变化,这种变化对尾矿坝的安全稳定势必产生影响,而国内外在此方面的研究工作却鲜有报道。为此,开展了某尾矿坝坝体材料现场取样、室内土工试验工作,并采用自制的毛细水带分层取样试验装置开展了长达6个月的毛细水上升测试工作,通过分层取样及土工试验,得到了毛细水带内尾矿砂的物理力学特性,进而系统地研究了毛细水带尾矿砂的含水率、重度、黏聚力、内摩擦角等物理力学指标随毛细水高度的变化特征。研究发现,毛细水带内尾矿砂的含水率和重度均随毛细高度而减小;黏聚力和内摩擦角的变化均随毛细高度和含水率呈先增大后减小的变化规律,其中内摩擦角的变化规律与以往相关研究所得结论并不完全相符,分析指出,这是由于毛细水和尾矿砂颗粒的表面特性所导致的;简要分析了抗剪强度随毛细高度的变化规律,发现其受毛细作用影响较大,呈先增大后减小的变化趋势。研究结果为坝体、边坡等工程的稳定性研究工作提供了一种新思路,为今后建立考虑毛细水作用下尾矿坝稳定性分析方法和理论奠定了基础。

某金属矿山尾矿坝中毛细水的上升规律

尾矿坝坝体材料的物理力学特性因毛细作用会发生较大变化,这种变化势必影响尾矿坝的安全稳定状态。为此,开展了尾矿坝现场取样、室内毛细水上升测试等研究工作。结果表明,尾矿砂中毛细水的上升规律呈初期迅速而后期缓慢的变化趋势,这是其受多种作用力的共同作用所致。毛细水在短时间内就能上升到较大高度,前3天的毛细水上升高度约为最终上升高度的50%以上,之后毛细水持续缓慢上升直至稳定。这表明尾矿坝内毛细水将随浸润线的升高而迅速升高,从而影响尾矿砂的物理力学性质,进而可能在短期内影响尾矿坝的稳定性。采用幂函数对该金属矿山尾矿坝尾矿砂中毛细水随时间的变化关系进行了拟合,获得了毛细水上升规律计算式。

高等级公路粉土路基毛细水处治的试验研究

在高等级公路粉土路基中,毛细水的上升导致路基土体强度降低,从而影响到路面结构的耐久性和使用性,因此控制毛细水影响应是粉土路基处治的关键。采用模型试验和现场试验对固化法、土工织物隔离法、缓冲层法处治粉土路基的效果进行研究。模型试验结果表明,石灰土(养护45 d)加土工膜与碎石、粗砂垫层处治毛细水效果相当;现场测试结果表明,碎石垫层和粗砂垫层隔绝毛细水的效果较好,复合土工膜和3%水泥土垫层效果次之,5%石灰土垫层效果较差。综合考虑模型试验和现场试验结果,结合工程实际,推荐采用石灰土加土工膜作为粉土路基毛细水处治方案,试验结果可作为工程设计的依据。

季冻区公路路基土有害毛细水上升高度综合试验研究

通过在室内对不同土质的10种土料进行竖管法毛细水上升高度试验,获得了含水量与毛细水上升高度的规律.同时,对各种土料还进行了系列闭式冻胀试验,获得了冻胀率与含水量或者超塑含水量的关系.按一定标准确定出不冻胀界限含水量,利用不冻胀界限含水量,在含水量与毛细水上升高度的关系曲线中即可确定土料的冻害有效高度.最后,将通过试验确定的冻害有效高度与有关规范进行了对比.

柴油污染土壤中毛细水上升规律研究

通过室内土柱模拟试验,对柴油残留时土壤的毛细水上升规律进行了研究。结果表明,柴油污染砂土和壤粘土的毛细水上升速率随时间变化关系可用乘幂方程拟合。污染土壤毛细水上升高度和上升速率均随柴油质量分数的增加而减小,污染砂土的毛细水上升高度与含油率呈规律的负线性相关。疏水性石油污染物产生所谓"莲花效应"是土壤毛细水上升高度减小的原因。

温度和气压对某金属矿山尾矿坝中毛细水上升规律的影响

毛细水的存在对尾矿坝的安全稳定有一定影响,而温度、气压的改变会引起毛细水表面张力的变化,进而对尾矿砂中毛细水上升规律产生影响。通过试验模拟尾矿坝中毛细水上升过程,对长期(95 d)毛细水上升过程进行测计,记录当时的温度、气压、时间、上升高度等。建立分别考虑温度、气压及综合考虑温度及气压的毛细水上升规律的分析模型。结果表明:温度对毛细水上升的影响较气压大;在毛细水上升初期,温度、气压对毛细水上升规律的影响不大,但在上升后期其影响逐渐明显。这是由于毛细水上升过程中温度气压对表面张力的影响随着毛细水上升动力逐渐衰减变得显著所致。

土层结构对毛细水上升高度和地下水蒸发影响的研究

通过观测成层性结构土毛细水上升高度和蒸发,研究土层结构对毛细水上升高度和地下水蒸发的影响,并对这些影响因素进行机理分析。研究结果表明,如果毛细水能透过下部土层迁移到上层,毛细水上升高度则由上层土性质所决定;土壤中夹层厚度如果大于该夹层土毛细水所能上升的最大高度,毛细水不能透过夹层迁移到上部土层参与蒸发。

不同浓度盐溶液及盐渍土对毛细水上升影响的研究

通过观测毛细水上升速度和高度,研究不同浓度盐溶液和盐渍土对毛细水上升的影响,并对这些影响因素进行机理分析。研究结果表明:同一颗粒级配下不同浓度盐溶液毛细水上升在初始阶段受盐浓度的影响较大,最终上升高度随浓度的增加而下降;盐渍土毛细水上升高度低于无盐土样,开始阶段盐渍土毛细水上升速度低于无盐土样,随着时间的推移上升速度趋于一致。

钙质砂中毛细水高度与影响因素试验研究

钙质砂是指富含碳酸钙或其他难溶碳酸盐类的海洋成因的特殊介质,具有形状不规则、多孔隙且富含内孔隙等特点;土体因孔隙特性而存在广泛的毛细现象,植物根茎内的导管有如极细的毛细管,能由此吸收土壤里的水分,故钙质砂地层毛细水上升高度研究对岛礁生态研究有重要的意义。采用竖管法研究级配、粒径、干密度、盐度等因素对钙质砂毛细水上升高度的影响,结果显示:细颗粒含量越多、级配越好的连续级配钙质砂试样毛细水上升高度越高;单一粒径钙质砂试样毛细水上升高度随粒径的增大而减小;随着钙质砂干密度增加,粒径小于0.075 mm时毛细水上升高度逐渐减小,而粒径为0.075~0.250 mm时毛细水上升高度逐渐增大;与淡水相比,在低盐度下NaCl溶液对毛细水上升有抑制作用,海水对毛细水上升有促进但效果微弱。钙质砂中毛细水上升高度随时间变化关系符合双对数坐标下的二次多项式关系,其参量与钙质砂的物理性质以及溶液类型相关。

基于颗粒级配均匀设计的尾矿坝中毛细水上升规律研究

堆积型尾矿坝坝体颗粒级配情况因尾砂排放和堆积的形式而千变万化,因此仅仅采用海森经验公式估算其毛细水上升情况会造成很大的偏差。为此,以湖南某尾矿坝坝体尾砂为原料,采用均匀设计方案设计并配比了8种尾矿砂,随后对该8种尾矿砂中的毛细水上升情况进行了长达10个月的监测,系统地研究了颗粒级配的差异对毛细水上升过程的影响。研究表明,毛细水初期阶段上升速度与尾矿砂中粗粒颗粒含量成正比,其最终上升高度则由细粒含量所决定。进一步地,还得出了由颗粒级配估算毛细水上升高度的方法,为毛细水上升高度计算理论提供了一种新思路和新方法。