重塑非饱和黄土的土水特征曲线试验研究

绘制出三个压实度重塑非饱和黄土的土水特征曲线,总结出描述土水特征曲线的线性模型,模型中包含两个参数。

重塑非饱和黄土渗透系数分段测量与验证

非饱和土的渗透性随着含水率的变化而变化,但是它与含水率之间的关系却很难确定。在前人研究的基础上,采用直接法和间接法研究了非饱和黄土在大中孔隙排水段和微孔隙排水段的渗透系数。结果表明,在此两段区域内,非饱和土的渗透系数可以通过间接法推导和直接法测量加以确定。

基质吸力对非饱和重塑黄土崩解性影响试验研究

取陕北地区马兰黄土制成一系列干密度相同而含水率不同的重塑对比试验土样。用体积压力板仪测得土样的土-水特征曲线。利用自制的崩解试验仪器对不同初始基质吸力土样进行试验,得出平均崩解速度与初始基质吸力的关系曲线。试验结果表明,干燥黄土比湿润黄土更易发生崩解破坏,非饱和重塑黄土的初始基质吸力与平均崩解速度存在对数关系。基质吸力对非饱和重塑黄土崩解性的影响主要表现为两个方面:①基质吸力越大,水在土中的渗透速度越快,水快速入渗可提高土体内部孔隙水压力,同时溶解黄土颗粒间胶结物,使土体软化;②水快速占据土体内部孔隙,使土体内部气体以气泡形式挤出形成对外的压力。

非饱和重塑黄土的三轴试验研究

采用压力板仪和非饱和土三轴仪,针对兰州和平镇的非饱和重塑黄土进行了压力板试验和一系列的控制吸力的三轴试验,研究结果表明:相同含水率条件下,干密度小的土样吸力较大;相同吸力条件下,干密度小的土样含水率较高;低吸力范围内含水率变化较大;不同吸力和不同干密度的试样均呈应变软化;干密度对凝聚力和有效摩擦角两个参数有不同程度的影响,而吸力仅对凝聚力影响较大,对有效内摩擦角的影响可忽略。根据试验结果确定了该土的强度表达式及其参数,为工程应用提供了依据。

基质吸力对非饱和重塑黄土抗剪强度的贡献

非饱和土抗剪强度随饱和度降低、基质吸力增大而提高。然而,不同类型非饱和土中,基质吸力对抗剪强度的贡献却显著不同。本文通过室内试验,探讨了基质吸力对非饱和重塑黄土抗剪强度贡献的基本特征。研究结果表明,非饱和重塑黄土抗剪强度随着基质吸力的增大,表现为非线性的和明显的4个阶段性增、降和逐渐稳定特征,且分段特征值与土-水特征曲线完全一致。基质吸力5kPa、60kPa、170kPa分别是这4个阶段的临界值。其中,当基质吸力60kPa时,非饱和重塑黄土抗剪强度出现峰值。非饱和黄土表观黏聚力随基质吸力变化特点与抗剪强度基本一致,但表观内摩擦角呈现阶段性增大趋势。表观黏聚力对基质吸力的敏感程度显著大于表观内摩擦角。非饱和重塑黄土抗剪强度变化特点显示其抗剪强度参数φb值为一个非常量数值。

非饱和重塑黄土三轴蠕变试验研究

为研究陕西咸阳扶风地区黄土边坡的稳定性,利用SR-60型双联三轴蠕变仪针对非饱和重塑黄土进行了三轴固结排水蠕变试验。试验结果表明:试样含水率、固结围压和偏应力水平对蠕变变形具有明显的影响。表现为:当含水率较大、固结围压较小时,蠕变变形量大,蠕变现象明显;当其他条件一定时,在偏应力水平较大条件下,试样变形大,蠕变现象明显。在数据分析的基础上建立了经验模型,并与Singh-Mitchell和Mesri模型对比后发现,新模型具有精度高、参数少且参数容易获得等优点,能较好地模拟该地区黄土蠕变过程。

非饱和重塑黄土的三轴试验研究

通过不同初始干密度、含水率的非饱和重塑黄土的常规三轴试验,研究分析了初始条件对非饱和重塑黄土的强度及变形特性的影响。结果表明,试样的粘聚力与干密度呈指数关系,内摩擦角受干密度影响不大,初始干密度大的试样呈现出明显的剪胀现象;随着含水率的增大,粘聚力、内摩擦角均减小,体变剪缩性更明显。

K0预固结对非饱和重塑黄土强度与变形特性影响的研究

为了探讨K0预固结对土的强度及变形特性的影响,用改进的非饱和土三轴仪对重塑Q3黄土做了两组共36个试验。第一组共24个试验,每个试验包括三个阶段,即试样先在竖向压力为常数的条件下K0预固结,再经过控制吸力和净围压为常数的各向等压固结,最后进行控制吸力和净围压为常数的排水剪切试验;第二组共12个试验,每个试验仅包括第一组试验的后两个阶段。试验结果表明:第一组试验应力–应变曲线的初始切线斜率大于第二组试验的初始切线斜率,且吸力越大、净围压越大,差距越明显;第一组试验的破坏应力均明显大于第二组试验的破坏应力,但除了吸力为0 kPa的饱和试样外,两组试验相应的体应变相差不大;第一组试验剪切初始阶段有轻微的剪胀现象,但并不明显,并很快转变为剪缩,第二组试验各试样均处于剪缩状态;虽然两种试验条件下有效摩擦角及破坏比相差不大,但邓肯–张模型的初始模量表达式的指数n相差很大,且总凝聚力–吸力曲线及邓肯–张模型的初始模量表达式的系数与吸力的关系曲线（即k–s曲线）结果相差也较大。基于试验研究结果,提出了考虑K0预固结、吸力和净围压三者综合影响的表观凝聚力、切线杨氏模量的修正计算公式,完善了非饱和土的增量非线性模型。

非饱和重塑黄土基质吸力变化特征与物理性质的关系

本文以兰州重塑黄土为对象,通过室内试验分析6组非饱和重塑黄土土-水特征曲线分段特征值与主要物性指标的统计关系,探讨了非饱和重塑黄土物理性质对其基质吸力变化特征的影响。结果表明,对于非饱和重塑黄土,分段特征含水量、特征饱和度、特征基质吸力与干密度关系密切,与颗粒级配关系较弱。随干密度增加,过渡区特征饱和度、残余饱和度线性增加,饱和含水量、过渡区特征含水量线性降低,残余基质吸力及过渡区特征基质吸力分别为线性及非线性增加。过渡区特征饱和度、残余饱和度与土体中粘粒含量线性正相关,与粉粒含量负相关。饱和含水量与粉粒含量线性正相关,残余基质吸力与其线性负相关。重塑黄土的微观结构显示这些关系受制于土体的孔隙结构和颗粒间的相互关系。

非饱和重塑黄土抗剪强度影响因素的试验研究

通过直剪试验研究了非饱和重塑黄土在不同含水量、干密度与加荷等级情况下的粘聚力与内摩擦角变化,以确定含水量、干密度与加荷等级分别对非饱和重塑黄土抗剪强度的影响。从黄土矿物成分的微观角度分析了含水量与干密度对黄土抗剪强度造成影响的原因。受颗粒之间的相互作用与粒间水的张力作用,非饱和重塑黄土的粘聚力随干密度的增大而增大,呈指数变化;非饱和重塑黄土的内摩擦角随干密度的增大而少量增大,近似呈线性变化。

非饱和重塑Q_2和Q_3黄土的渗水特性研究

随着西北大开发战略的实施,工程中涉及的Q2黄土及其重塑土日益增多。为了研究非饱和重塑Q2黄土的渗透特性及其和Q3黄土渗透特性的差异,对重塑Q2和Q3黄土分别做了4个干密度的水平土柱入渗试验;采用MP-406水分计及数据采集系统量测不同断面处体积含水率随时间的变化情况。实验研究结果表明:相同干密度的重塑Q2和Q3黄土渗水特性存在较大差异。在相同饱和度情况下,重塑Q3黄土扩散率大于重塑Q2黄土,并且随着饱和度的增大这种差异逐渐减小。不管是重塑Q2黄土还是Q3黄土,饱和度达到0.6左右时,扩散率近似由两条直线段组成;对于重塑Q3黄土,当饱和度低于0.6时,干密度的不同对扩散率影响不大;当饱和度高于0.6时,扩散率存在较大差异;但对于重塑Q2黄土,此规律不明显。

净平均应力对非饱和重塑黄土渗水系数的影响

为了研究净平均应力对非饱和重塑黄土渗水系数的影响,本文借助考虑净平均应力影响的广义土水特征曲线,应用间接方法预估渗水系数。对重塑黄土试样进行了四个控制净平均应力为常数而基质吸力逐步增大的三轴收缩试验。采用Van Genuchten模型对试验获取的土–水特征曲线进行拟合,通过拟合的连续曲线预测了不同净平均应力下非饱和重塑黄土的渗水系数。结果表明:净平均应力对土–水特征曲线的影响有明显规律,同一基质吸力下,净平均应力越大,试样的体积含水率越小,在一定吸力范围内,体积含水率与取对数基质吸力的关系曲线近似呈直线;渗水系数随基质吸力的增大而减小,同一基质吸力下,净平均应力越大渗水系数越小,较低净平均应力下基质吸力与取对数渗水系数的关系曲线近似呈直线,随着净平均应力的增加,关系曲线变为明显的折线。所得的成果为预测黄土地区高填方的增湿变形、降雨入渗下的边坡稳定性评价等方面提供了科学依据。

非饱和重塑Q_2黄土抗剪强度指标试验研究

采用非饱和土总应力强度公式,通过室内直剪试验研究了含水量、干密度对非饱和重塑Q_2黄土抗剪强度指标的影响,得到了抗剪强度指标随含水量、干密度变化的基本规律和拟合公式,并且采用最小二乘法建立了考虑含水量和干密度同时变化时抗剪强度指标的计算公式。研究表明:非饱和重塑Q_2黄土抗剪强度指标与含水量、干密度密切相关,其中黏聚力与含水量呈良好的一阶指数衰减关系,与干密度呈二次曲线关系;内摩擦角对含水量有较大灵敏性,与含水量呈二次曲线关系,受干密度影响较小;含水量和干密度的交互作用可按乘法效应进行组合。

非饱和重塑黄土的土水特性及压缩屈服与湿陷性的研究

利用改造的非饱和土固结仪对Q_3重塑黄土分别进行了无应力作用的分级增湿试验和控制基质吸力的压缩试验,测试得到了土–水特征曲线和压缩应力–应变曲线,研究了饱和度与基质吸力和含水率与基质吸力之间关系、压缩屈服应力随基质吸力的变化规律和湿陷系数随基质吸力的变化规律。研究结果表明,非饱和重塑黄土的吸力较大时土的强度较大,其压缩变形较小,非饱和重塑黄土的结构屈服压力较大;非饱和土基质吸力一定时,随着压力的增大,湿陷系数呈现出先增大后减小的趋势;同一净压缩应力下非饱和土基质吸力越大,湿陷系数越大,吸力越小,土样的?_s(p=200 k Pa)越小,当?_s(p=200 k Pa)超过约0.1时,?_s(p=200 k Pa)与基质吸力(u_a-u_w)近似呈指数增加。

非饱和黄土水蒸气扩散规律模型试验研究

黄土强度受含水状态的影响作用较为显著,其随含水状态的周期性变化而变化,进而引起一系列病害。为研究非饱和黄土中水蒸气和温度的扩散运移规律,通过室内填筑模型试验,在重塑黄土中通入高温高压水蒸气,分析了非饱和重塑黄土中水蒸气和温度扩散运移规律。试验结果表明:在非饱和重塑黄土中,水蒸气扩散范围近似为椭球形;水蒸气扩散速率沿径向逐渐减小,增加蒸气压,蒸气扩散速率、扩散范围和增湿程度都将增大;蒸气压在加速水分扩散的同时,加速了温度的运移,气压为50 kPa土体升温速率约为0.75℃·min-1,气压为200 kPa时升温速率1.12℃·min-1;土体密度越大,水蒸气扩散时受到土颗粒的阻碍越大,随着水蒸气径向扩散距离增大,这种阻碍作用越显著,含水率减小的量值越大。

重塑黄土的湿化变形规律及细观结构演化特性

为了研究填土在三轴浸水过程中的湿化变形规律及其细观结构演化特性,用改进的非饱和土CT-三轴仪对延安新区的重塑Q_2黄土做了3组共17个偏压固结浸水试验.在三轴浸水过程中对试样的两个断面进行了多次CT扫描,得到了固结和湿化过程中土样的宏观变形以及土样内部细观结构演化的CT图像和相应的CT数据,基于CT数定义了土的结构性参数和结构演化变量.研究结果表明:干密度、净围压、基质吸力和偏应力均对试样的湿化变形特性有显著影响;提高干密度可有效减小湿化变形量和降低湿剪破坏的风险(干密度1.52、1.69 g/cm^3的试样浸水过程中体应变分别为–0.58%～4.66%、–0.58%～2.43%,干密度1.79 g/cm^3的试样体应变为0.019%);湿化过程中试样越来越密实,试样的CT数均增大;浸水初期,试样原有结构发生破坏,CT数变化较剧烈,均能达到总变化量的60%;同时干密度、净围压、基质吸力、偏应力及含水率对土的结构性参数和结构演化变量有显著影响.研究成果对填土工程的设计具有重要参考价值,为建立非饱和重塑黄土的结构损伤演化方程与结构性模型提供了科学依据.

竖向压力作用下重塑黄土土柱压缩湿陷及渗水试验研究

为了探讨竖向压力对兰州非饱和重塑黄土土柱压缩湿陷特性、入渗过程及土-水特征的影响,利用一维土柱渗透仪开展了不同竖向压力作用下非饱和重塑黄土土柱的常水头渗水试验,得到其压缩湿陷曲线,浸润峰、入渗量、体积含水量时程曲线与监测截面土-水特征曲线。研究结果表明:(1)土柱压缩性与湿陷性在试验压力下与常规试验皆有差异;尺寸效应不影响试验黄土结构强度,对其湿陷起始压力影响不大;(2)土柱增湿时浸润峰的前行速率随竖向压力的增大而逐渐减小;增湿过程中土柱在力与水作用下入渗能力变化导致入渗速率曲线有交叉现象,且竖向压力越大入渗速率变化范围越小;(3)竖向压力作用改变了渗水路径,从而影响了监测点体积含水率的变化;(4)竖向压力作用对土-水特征曲线的三个阶段均有影响,压力作用时土柱饱和度皆大于无压力作用,且随着压力增大饱和度逐步增大,当吸力趋于0时,土样未完全饱和。最后利用经典Van Genuchten模型对不同竖向压力下土-水特征曲线进行拟合,模型拟合效果较好。通过试验及分析,为兰州新区建设提供相关参考依据。

干密度对Q_2重塑黄土强度与变形特性的影响

为了研究干密度对Q_2重塑黄土强度与变形特性的影响,用非饱和土三轴仪做了3组共27个试验,在试验过程中干密度、吸力及净围压为不变量,得到Q_2重塑黄土的强度及变形特性。试验结果表明:不同干密度下试样的偏应力-轴向应变曲线均呈应变硬化型;相同吸力下,试样的净围压越大,偏应力越大;相同净围压下,试样的吸力越大,偏应力越大。随着干密度增大,试样的偏应力显著增大,硬化趋势也逐渐增强;除个别试样外,其余各试样在剪切过程中均处于剪缩状态;在相同的吸力和净围压下,干密度增大,试样的破坏应力(p_f、q_f)、有效黏聚力c、切线变形模量E_i、极限偏应力(σ_1-σ_3)_(ult)及参数k均在增大,参数n随着干密度增大而减小。