时域反射法测定黄土含水量的标定试验研究

 为了提高TDR法测定黄土含水量的精度,对TDR土壤水分传感器进行了标定试验,分别通过TDR法与烘干法测定Q3黄土和古土壤的含水率并进行对比分析,探讨了干密度、结构性和土质差异对TDR土壤水分传感器测试结果的影响,并建立了相关数学修正模型。试验结果表明,TDR法含水率测量值较烘干法偏高,干密度变化对TDR法测量结果的影响不可忽略;通过建立考虑干密度影响的经验修正模型对TDR法测量值进行修正,当体积含水率9.2%≤θw≤39.9%时,误差可控制在2%以内,当39.9%≤θw≤46.3%时,误差可控制在3%以内,总体修正效果优于TDR法与烘干法测量数据通过三次曲线拟合建立的修正公式;土的结构性对TDR法测量结果影响不明显,可采用重塑土的室内标定试验代替现场标定试验;黄土与古土壤因土质差异,应分别建立修正模型。     

时域反射法测量膨胀土含水量试验研究

 通过对探管式TDR仪现场测量膨胀土含水量误差来源的分析,认为膨胀土的黏性以及土体收缩时产生的土与管壁之间的间隙是主要影响因素。在此基础上设计了3种类型的室内试验进行定量分析。试验结果表明：由于膨胀土的黏性大,土中结合水含量高、介电常数小,因此TDR仪测得的体积含水量q 比烘干法得到的qw低,但两者之间具有良好的对应关系,可通过线性拟合获得满意的标定效果;由土体收缩产生的间隙分为环管壁间隙和径向间隙两种,环管壁间隙对含水量测量影响较大,只要存在1 mm的间隙,可导致低估40%的体积含水量,且误差随含水量的增加而增大,而径向间隙对测量结果影响较小,在试验尺寸范围内,最大误差不超过5%,产生这种结果的原因是TDR探头测量敏感度随测量距离增大而迅速衰减。最后通过现场实测数据对试验结果进行验证并提出改进措施。     

重塑粘性土的基质吸力与土水分及密度状态的关系

非饱和土的基质吸力与其中水一气体系的温度、孔隙水的密度和孔隙气的相对湿度有关。测试了23组不同水分状态和密度状态的重塑非饱和粘性土三轴试验土样的温湿度，计算了相应的基质吸力。数据分析表明：基质吸力与干密度的关系在不同的含水量段具有不同的特点；基质吸力与含水量呈强非线性关系；在土的水分状态和密度状态空间，基质吸力的分布为一变形的W型折曲面。该曲面左翼陡立上翘，位于低水分状态，表征强非饱和土，右翼水平伸展，位于高水分状态，表征弱非饱和土，中心部位是一个“A”型折面，位于中等水分状态，表征典型非饱和土。首次提出了孔隙充水结构的概念，藉以从孔隙结构和毛细凝结两方面来准确理解非饱和土的水气界面效应，从而利于认识和把握非饱和土中基质吸力的变化规律。     

隧道穿越非饱和黄土场地浸水试验初探

为了揭示隧道穿越的非饱和黄土场地及隧道地基的湿陷变形特性,在隧道上部进行原位试坑浸水试验,分别在试坑的不同位置、深度布置TDR水分计和沉降标点来实测水分的入渗情况和土体的湿陷变形。研究表明:(1)水在非饱和黄土中渗透时优先向大孔隙通道运移,然后逐步扩大至饱和区,具体表现为前一点尚未饱和,下一点已有水分到达;(2)利用TDR水分计可以实时测量水分在土体空间中的运移扩散情况,也可以估算出水在非饱和黄土中的扩散速率,同时由测量所得体积含水率变化曲线可以判定黄土是否发生湿陷变形;(3)黄土场地中的分层湿陷量、湿陷速率随着土层深度的增加而减小,湿陷性黄土的浅层处比深层处具有更大的敏感性和危害性;(4)该试验场地处约15 m以上土层性质比较接近,土体密实度相对较小,水分入渗较快,易于产生湿陷变形,而15 m以下土体较密实,工程性质相对稳定。     

电势作用下非饱和黄土水分迁移试验研究

采用自制的试验装置,基于电渗法试验,笔者对以下问题进行了探究:电渗作用能否导致非饱和黄土土体含水量降低？电势、土体含水量水平等因素对非饱和黄土电渗结果有何影响？非饱和黄土电渗时效如何评价？试验结果表明:在电渗作用下,非饱和黄土试样内的水分从正极迁移向负极,达到降低正极区含水量的目的,说明电渗作用能使非饱和黄土土体内的含水量降低;电渗过程中,沿电渗方向的电势大致呈线性分布,电渗电势越大,降低正极区土体含水量的效果越好;由于正极水化反应增强和土体电阻发热量引起了水分耗损,高电势作用下土体内的含水量水平低于低电势作用土样。在试验土样含水量范围,土体初始含水量越低,电渗作用下正极区土体含水量降低值越大,但初始含水量差异引起的正极区含水量变化的差异性不大。电渗作用下非饱和黄土的水分迁移前期快,后期慢,随着电渗时间的延长,正极区含水量会进一步降低,负极区的含水量会进一步升高。     

采用TDR水分计研究非饱和黄土入渗及自重湿陷变形规律

通过在大厚度自重湿陷性黄土场地上进行大规模原位浸水试验,在浸水坑的不同位置和深度埋设TDR水分计,对水在竖向和水平向的入渗运移规律进行实测,研究黄土在地面浸水后的入渗规律与自重湿陷变形规律及其相互关系。研究表明:(1)水在土体中的入渗规律是水沿大孔隙先向下入渗,然后再渗透扩大饱和区的运移过程;(2)在水分的入渗过程中,深度22.5～25.0 m以上土体发生自重湿陷变形,以下土体含水量增加缓慢,达不到湿陷起始含水量,没有发生自重湿陷变形,因此,可考虑22.5～25.0 m作为现场湿陷性评价的临界深度,另外该深度可作为大厚度湿陷性黄土地区进行地基处理时的参考地基处理下限深度;(3)由TDR水分计得出的体积含水率变化曲线不仅可以用来测量体积含水率的时空变化,而且可以用来判定黄土是否发生湿陷变形以及湿陷敏感性和湿陷系数随深度的变化规律,也可粗略计算水在非饱和黄土中的扩散速度。     

饱和粉土含水量及孔隙比TDR原位测试研究

为克服岩土工程勘察中饱和粉土的取样和送样过程中产生的震动及水分损失对其原始含水量及孔隙比的影响,通过建立土体介电常数与孔隙比及含水量的关系,采用TDR测试方法,实现对不同深度饱和粉土的含水量及孔隙比的原位测试.经与室内土工试验结果相比较,表明TDR方法测试结果可靠,且测试速度快、对土层扰动小,是一种值得推广的原位测试手...     

基于三轴试验的非饱和土抗剪强度影响因素分析

已有的研究成果表明,含水量和干密度等物性指标对非饱和土的抗剪强度具有较大的影响,因此,有必要从试验的角度探讨含水量和干密度对非饱和土的抗剪强度的影响规律。通过三轴剪切试验,开展了控制含水量和干密度的重塑非饱和土的试验测试,试验结果表明,含水量和干密度是影响非饱和土抗剪强度的重要因素,最佳含水量和最大干密度是应力-应变关系相互转化的临界点。     

非饱和土强度随含水量的变化

吸力的量测和计算比较困难,而含水量的分布在工程中却容易确定,在非饱和土强度的研究中,选择含水量代替吸力,研究非饱和土强度随含水量的变化,具有重要的实用价值.首先,在改进的普通三轴仪上进行非饱和土的强度试验.试验中控制含水量不变,同时保证气压消散,以模拟工程施工期间气压消散快、水压消散慢的工程实际特点.其次,根据试验结果分析含水量对非饱和土强度的影响,建立非饱和土的实用强度公式.试验结果表明：随着含水量的增大,强度明显减小,表明含水量对强度的影响较大;且在一定含水量范围内,强度指标随含水量的增大线性减小,并在此基础上建立了引入含水量的非饱和土实用总应力强度公式.公式运用时由土层含水量的分布确定强度,避免吸力的量测和计算的困难,简单实用.     

非饱和土的渗透特性试验研究

由于非饱和土的复杂性和多变性，其渗透特性明显不同于饱和土，并且试验难度较大。利用特制的非饱和土三轴仪对黄河大堤非饱和土的渗透特性进行了试验研究，为非饱和土渗透系数的直接测定奠定了基础。根据试验结果，得出了黄河大堤非饱和土土体在不同含水量下的围压．渗透系数关系及其变化规律，以及不同围压条件下质量含水量．渗透系数关系及其变化规律，同时，对其关系曲线模型进行了拟合，得出了相应的拟合函数。     

非饱和土与特殊土测试技术新进展

全面系统地总结了非饱和土与特殊土测试技术的新进展,内容包括:吸力与水分测试技术,渗流测试技术,变形、应力、强度、孔压、排水测试技术,膨胀土和湿陷性黄土的测试技术,模型试验与大型现场试验技术。文中指出了非饱和土与特殊土的测试难点,对近年来发展起来的成熟的高新技术和国内外学者研制的几十种新设备作了重点介绍,详细阐述了控制吸力的各种方法和提高测试精度的各种措施,并对今后测试技术的发展提出了若干建议。     

TDR测试技术在岩土工程中的应用

电磁波时域反射法(Time Domain Reflectometry)是一种远程遥感测试技术,自20世纪70年代应用于岩土工程领域以来,以方便,安全,经济,数字化及远程控制等特点而受到广泛关注。本文阐述了TDR技术在岩土工程领域的发展,并结合课题组在此领域多年的研究成果,主要介绍了其在测定土体含水量和干密度及监测滑坡稳定性方面的应用。     

非饱和粘土路基平衡湿度空间分布特征及预估

通过室内外试验探讨了非饱和粘土路基平衡湿度沿道路横断面的空间分布特征，并基于非饱和土力学基本理论，采用滤纸法测定了不同含水量土样的基质吸力，标定了反映含水量与基质吸力单值函数关系的土水特征曲线模型，建立了大气降水/蒸发影响区以外非饱和粘土路基平衡湿度的预估方法。研究结果表明，近中央分隔带和路肩处的上部路基土的平衡湿度受大气降水/蒸发的影响显著；大气降水/蒸发影响区以外的路基土平衡湿度主要受控于地下水位的影响；Fredlund&Xing模型可较好地表征非饱和粘性路基土湿度和基质吸力的相关关系，模型参数拟合结果具有较高的可靠性；地下水位控制区粘土路基平衡湿度预估结果与试验测试值之间具有较高的一致性，预估方法合理可靠。     

A New Model for Unsaturated Soil Using Skeleton Stress and Degree of Saturation as State Variables

In this paper, based on experimental results a new constitutive model, using skeleton stress and degree of saturation as independent state variables, is proposed for unsaturated soil, in which the influence of the degree of saturation can be properly described. In the model, a very simple moisture characteristics curve considering moisture hysteresis of unsaturated soil is also proposed. The moisture characteristics curve can not only be applied to secondary drying process but also primary drying process originated from slurry soil. The constitutive model is able to describe not only the behavior of unsaturated soil but also saturated soil because the skeleton stress can smoothly shift to effective stress if saturation changes from unsaturated condition to saturated condition. Meanwhile the overconsolidation, one of the main features of soils that are discussed in the models for saturated soils, is also considered together with the degree of saturation. Other mechanical features such as structure of soil and stress-induced anisotropy can be easily incorporated into the proposed model within the framework of the present research. It is known from the simulation that the main features of unsaturated soil in isotropic consolidation test and triaxial compression test under drained and exhausted condition with different confining stress and suction can be qualitatively described.     

智能水份测量仪

本文介绍依据电容传感器用于物质的水份测量的数学模型,采用单片微机的智能式水份测量仪,着重讨论其硬件组成及程序设计的特点.该仪器具有精确、稳定和适用面宽等优点,业已通过鉴定并批量生产.     

非饱和原状和重塑Q3黄土渗水特性研究

为研究非饱和 Q₃ 黄土渗水特性,设计一套原状黄土取样设备,取得大尺寸原状竖直和水平土柱各 2 个;并制备 5 个干密度不同的重塑土样。对 9 个试样进行水平土柱试验,用 TDR 水分计和热传导吸力探头分别检测土样不同断面处的体积含水率和基质吸力。试验结果表明：土中裂隙的走向和干密度对入渗率均有影响。对于原状试样,浸水前期竖直试样入渗率要大于水平试样,湿润锋超过 50 cm 后,竖直和水平试样入渗率几乎接近一致。竖直与水平原状试样的非饱和扩散率主要差别在饱和度低于 0.6 的区域,饱和度高于 0.6 两者扩散率差别不大;对于重塑试样,低饱和度区域干密度对扩散率影响要大于高饱和度区域。同等干密度和含水率条件下,低饱和度区域重塑试样非饱和渗透系数大于原状试样;而高饱和度区域原状试样非饱和渗透系数大于重塑试样。取样方法和研究成果对同类工作具有重要参考价值。     

超重力离心模型试验土体弹性波速监测与表征#br#

压电陶瓷传感器在岩土体弹性波速测试方面具有独特的优势,已在常重力工况下得到了较多的应用。文章针对离心机模型试验的超重力环境对弹性波速测试所提出的严苛要求,研发压电弯曲元和压电压缩元传感器及相应的弹性波速测试技术,主要包括传感器微型化和高频响性能设计,电磁屏蔽和防水接地技术,接收信号的快速叠加和带通滤波处理方法,以及时域初达波法确定接收信号到达时间等。在60g离心加速度下开展一组水平黄土场地的超重力模型试验,重现降雨入渗过程中模型场地土体的软化过程,并利用所研发的弯曲元和压缩元实时监测土体的剪切波速和压缩波速。结合TDR技术监测到的土体密实度,获得土体剪切模量、杨氏模量和泊松比等弹性参数随着土体软化的变化过程,实现超重力环境下模型土体弹性参数的实时监测与表征。     

土体含水率和吸力量测及其对边坡稳定性的影响

为研究暴雨诱发滑坡的机理 ,在香港进行了一次大型人工边坡试验。通过检查该边坡坡顶在 2 0 0 1年 6月至 2 0 0 1年 12月期间含水率和吸力与每天及每小时降雨变化曲线 ,及含水率和吸力随深度变化曲线 ,看到在雨季含水率和吸力变化或者“浸湿前锋”移动通常发生在边坡土体以上 3m以内 ,而且 ,在 2 0 0 1年的一次最大暴雨中在边坡土体 1～ 2m之内形成了瞬时地下水位。另外 ,还看到在2 0 0 1年旱季由于蒸发在边坡土体中形成了“干燥前锋”。通过对边坡开挖之前的自然边坡的稳定性分析 ,降雨入渗可以使边坡土体的安全系数急剧降低而蒸发则可以使边坡土体的安全系数缓慢升高。雨季含水率和吸力的浅层变化或者“浸湿前锋”的浅层移动可解释为何香港地区在暴雨期间极易发生浅层滑坡。而旱季由于蒸发形成的“干燥前锋”可说明吸力对非饱和土边坡抗剪强度的提高