非饱和重塑弱膨胀土孔隙结构与土–水特征曲线试验研究

为研究压实程度对非饱和重塑弱膨胀土孔隙结构的影响,探讨膨胀土孔隙结构改变对土–水特征曲线的影响。以新疆哈密地区重塑膨胀土为研究对象,采用压汞试验测定压实程度对土样的微观孔隙结构影响,并利用热力学关系模型对膨胀土分形维数进行研究;采用滤纸法试验测量不同初始干密度下重塑土样的土–水特征曲线,提出可考虑压实作用影响的膨胀土土–水特征曲线双参数拟合模型,最后,基于土体孔隙特征,借助毛细管原理计算并结合滤纸法试验数据修正其土–水特征曲线。研究结果表明：随压实程度的增加,新疆哈密地区非饱和弱膨胀土孔隙呈初始三峰状并逐渐趋于双峰状分布,其在微观上表现为大孔隙的压缩引起的大孔隙向小孔隙的转化,孔隙内壁的粗糙程度及孔隙结构的复杂程度提高;土体基质吸力随含水率的增加而降低,相同体积含水率下,土体初始干密度越大,基质吸力越大,双参数模型可较好反映土体初始干密度对膨胀土土–水特征曲线发展规律的影响;基于毛细管原理的土–水特征曲线计算值同滤纸法实测曲线有相同函数模型发展规律,且随试样初始干密度的增加两者呈逐渐“远离”趋势发展;土–水特征曲线修正模型可统一描述非饱和弱膨胀土基质吸力随孔隙结构、含水率及密度状态的发...     

粒径对土持水性能的影响

 进行不同粒径土样的持水特性试验,对吸湿与脱湿过程中的土–水特征曲线与滞后现象进行分析,探讨粒径对土持水性能的影响。利用D. G. Fredlund和A. Xing的土–水特征曲线模型对试验数据进行拟合,得到模型拟合参数与土–水特征曲线参数的定量关系。结果表明：参数a与进气值呈线性增加趋势,参数m随着残余基质吸力的增大而减小,参数n也随着减湿率的增大而减小。随着有效粒径的增大,进气值、进水值、残余基质吸力在半对数坐标上均随之呈现线性减小,减湿率呈二次函数增长。滞后效应随着有效粒径的增大而减小,同样随着粒径级配累积曲线斜率的增大而减小。     

不同干密度下玄武岩残积土土水特征曲线分析

采用美国SOILMOISTRUE综合压力板仪法,测试了原状与重塑玄武岩残积土样在不同密度下的土水特征曲线。试验结果表明:不同干密度下玄武岩残积土的进气值不同,干密度大的土样进气值较小,即相同含水率条件下土样的基质吸力随干密度的增大而增大;当基质吸力超过850kPa后,体积含水率随基质吸力的变化很小,重塑土与原状土土水特征曲线基本平行。进一步地采用Van Genuchten模型(简称VG模型)、Fredlund 3参数模型和Fredlund 4参数模型对试验所测的曲线进行了拟合,结果表明:VG模型能较好地拟合本次试验结果,同时给出了拟合参数,拟合的相关系数均大于0.99;对比Fredlund 3参数模型和Fredlund 4参数模型的拟合数据,可以看出假定残余含水率θr等于0是合理的,三种模型对玄武岩残积土土水特征曲线均具有良好的适应性,但VG模型拟合效果最为良好。     

考虑初始状态影响的膨胀土一维膨胀特性研究

以南阳中膨胀土为研究对象,通过室内一维膨胀特性试验和土水特性试验探究不同初始状态(包括吸力、含水率和干密度等)影响下非饱和重塑土膨胀率或膨胀力的演化规律。试验结果表明,在不同初始含水率下,无荷膨胀率与初始吸力呈幂函数关系,且与初始干密度无关;膨胀力随初始干密度的增加呈幂函数增大,而膨胀力随初始含水率的增加却是先增大后减小;膨胀力与初始干密度和最终吸水量均呈幂函数关系,给出初始干密度–最终吸水量–膨胀力的三变量模型;构建了全吸力范围内初始含水率–初始干密度–初始吸力–膨胀力的统一模型;所提模型不仅参数少,方程左右量纲统一,且与试验数据具有良好的一致性,便于工程应用。     

脱湿速率影响下的膨胀土工程性状与持水特征初探

通过控制恒温恒湿箱的温湿度工作参数,实现饱和膨胀土在不同脱湿速率条件下的状态变化,借助收缩试验和非饱和三轴试验,研究脱湿速率对膨胀土收缩特性、强度特性与持水特性的影响规律。试验结果表明,膨胀土的收缩系数随脱湿速率的减小而变大,并先呈现线性脱湿过程,后呈现非线性脱湿特征;在相同含水率条件下,膨胀土的吸附强度亦随脱湿速率的减小而增大,尤在含水率和围压较低时更趋明显。结合吸附强度与吸力关系的乘幂函数表达式,利用收缩系数和吸附强度反算出不同脱湿速率下的膨胀土"双线性"土水特征曲线,发现不同脱湿速率时曲线下降段接近平行趋势,脱湿速率越小,膨胀土的进气值越大,相同含水率时的吸力越高。     

纤维改性膨胀土的土水特征曲线研究

为了研究纤维改性膨胀土的土水特征,以合肥某工地膨胀土为研究对象进行土水特征曲线(SWCC)试验,研究3种干密度和4种纤维含量对纤维改性膨胀土土水特征的影响。对试验结果按van Genutchen模型进行拟合。结果表明:干密度对纤维改性膨胀土SWCC的影响有明显规律,随着干密度的增大,同一基质吸力对应的饱和度相应增加;纤维含量对纤维改性膨胀土SWCC的影响无明显规律。通过曲线拟合,得到了纤维改性膨胀土SWCC的拟合参数值及其统计量,指出参数n、ws的变异性较小,m的变异性中等,a、wr的变异性最大。     

膨胀土收缩性质的试验研究

为了对膨胀土的收缩性质进行研究,以合肥某工地膨胀土为研究对象,对不同初始干密度的饱和土样进行了收缩试验。研究了线缩率–含水率关系(δ–w)及孔隙比–含水率(e–w)关系,分别对这两种关系进行了曲线拟合,并根据曲线拟合结果求解了膨胀土的缩限、收缩系数、最大线缩率,分析了这些指标及曲线拟合参数与土样初始干密度的关系。结果表明:收缩试验中,质量的测量简单而准确,体积的测量有一定的误差;通过拟合的孔隙比–含水率关系曲线求解的缩限值与通过拟合的线缩率–含水率关系曲线求解的缩限值基本一致;将收缩试验结果与吸力试验相结合,可以得到用体积含水率表示的、考虑体积变化的土水特征曲线。     

干湿循环对土-水特征曲线影响的预测模型

土-水特征曲线在非饱和土的研究中占有重要地位,目前用来预测土-水特征曲线的模型尚有待完善。引用生物学中的Logistic曲线方程,建立了能够较好预测非饱和土的土-水特征曲线的Logistic模型;并以某滑坡土作为试验土样,完成了3次干湿循环过程的土-水特征曲线;然后采用改进的Logistic模型对巴东滑坡土、南阳膨胀土及厦门残积土的试验数据进行拟合分析,发现Logistic模型可以较好地拟合土-水特征曲线,并建立了模型参数与干湿循环次数的关系,从而提出了一种预测模型,可以根据第1次干湿循环试验数据预测多次干湿循环后的土-水特征曲线关系,同时验证了该模型的适用性。     

土水特征曲线参数的概率统计及敏感性分析

为了研究不同类型土体的土水特征曲线(SWCC)特性,以Fredlund-Xing模型的3种模式及van Genuchten模型的3种模式为SWCC拟合模型,以MATLAB编程语言中的3种函数为拟合方法,以UNSODA数据库中的黏土、砂土、广西膨胀土及合肥膨胀土为研究对象,对大量的基质吸力-体积含水率数据进行了曲线拟合及参数统计,分析了拟合模型与拟合方法对模型参数的影响,得到了这4类土的SWCC参数概率分布特征;提出了考虑变量间相关性时对体积含水率进行参数敏感性分析的计算公式。拟合结果表明：拟合方法对SWCC参数有一定影响;在低吸力部分,各种拟合模型的SWCC基本一致;在高吸力部分,FX2与VG2、FX3与VG3的SWCC基本一致;体积含水率对参数a的敏感性很小,对参数n与m的敏感性较大。     

膨胀土增湿过程中吸力–孔隙比–含水率关系

通过不同初始孔隙比条件下的土水特征试验及增湿试验,研究了膨胀土的土水特征曲线拟合参数及体积膨胀曲线拟合参数与初始孔隙比的关系,采用曲面拟合法建立了孔隙比与重量含水率及初始孔隙比的关系曲面、孔隙比与吸力及初始孔隙比的关系曲面、重量含水率与吸力及初始孔隙比的关系曲面、体积含水率与吸力及初始孔隙比的关系曲面。试验结果表明,在重量含水率(或吸力)–初始孔隙比–孔隙比坐标系中的体变曲面由饱和部分及非饱和部分组成;在增湿过程中,曲面由非饱和区进入饱和区的转折点对应的重量含水率随着初始孔隙比的增大而增大,转折点对应的吸力随着初始孔隙比的增大而减小;在吸力–初始孔隙比–重量含水率或体积含水率坐标系中,与特定初始孔隙比对应的土水特征曲线是纵坐标恒定的平面曲线;在吸力–孔隙比–重量含水率或体积含水率坐标系中,与特定初始孔隙比对应的土水特征曲线是纵坐标在变化空间曲线,它能同时表示初始孔隙比的影响及试验过程中孔隙比的变化。