扬州地区黏性土土水特征曲线试验研究及应用

对扬州地区典型黏性土进行了土水特征曲线试验研究,分析了干密度对土水特征曲线的影响。试验表明:土的初始干密度越大,进气值越大,脱水速率越小。采用Fredlund和Xing三参数模型计算得土水特征曲线方程,并推算出非饱和土的渗透系数曲线。通过对降雨入渗条件下的扬州地区典型黏性土边坡进行稳定性分析。结果表明:同等基质吸力下,非饱和土体积含水率越大,渗透系数越大;土体进气值越大,同等基质吸力下渗透系数越大,边坡越稳定;扬州地区黏性土体遭遇特大暴雨时,降雨4 d后边坡安全系数下降30%~50%,滑动面位于边坡表层。更多还原     

降雨入渗下非饱和土边坡临界稳定性分析

运用分形模型预测非饱和土的土水特征曲线与导水系数曲线,结合孔隙气体流动分析,模拟降雨入渗条件下的一维非饱和渗透过程。根据非饱和土抗剪强度的分形模型,导出降雨入渗下非饱和土边坡临界深度公式,并分析了影响边坡稳定性的因素。非饱和土的分维与进气值影响土体的水理性质。分维影响降雨的入渗速度与入渗深度,而进气值影响降雨入渗下土体吸力的变化曲线形态。非饱和土的饱和导水系数与降雨强度对边坡稳定性影响较大,在降雨强度远大于非饱和土的饱和导水系数时,孔隙气体在降雨入渗过程中将产生气压,对吸力产生影响。     

基于流固耦合理论的饱和-非饱和土开挖边坡稳定性分析

现有开挖边坡稳定分析的研究中,综合考虑开挖效应与应力-渗流耦合作用对边坡稳定性影响的分析很少。为此,根据饱和-非饱和土渗流及抗剪强度特性,推导了饱和-非饱和土在应力-渗流耦合作用下的有限元求解方程,介绍了计算饱和-非饱和土开挖边坡稳定性的有限元强度折减技术。建立了一开挖边坡算例进行应力-渗流耦合分析,结果表明,相对于非开挖模式下的计算,开挖卸荷效应对开挖边坡稳定性有一定提高作用,但这一作用随着时间的延长会逐渐减弱直至消失。对影响开挖边坡稳定的各种因素进行了计算分析,开挖速度、初始水位高度、渗透系数以及弹性模量、泊松比等影响因素对应力-渗流耦合作用下的开挖边坡稳定性影响较大,影响规律和以往的研究结论有所不同。     

基于微观孔隙通道的饱和/非饱和土渗透系数模型及其应用

从微观角度揭示土体变形对饱和/非饱和渗透系数的影响机理,建立相应的预测方法,对于饱和/非饱和土的渗流分析及水力耦合研究具有重要的科学意义。利用流体力学理论,建立了微观孔隙通道渗透系数与等效孔径的关系,在此基础之上,结合毛细理论建立了饱和/非饱和渗透系数与土-水特征曲线的关系模型,并利用已有试验数据验证了模型的合理性。结合该模型与变形条件下土-水特征曲线预测方法,对变形条件下武汉黏性土饱和/非饱和渗透系数进行预测,结果表明黏性土在压缩变形条件下:饱和渗透系数呈数量级的减小,预测值与实测值均吻合较好;双对数坐标下,非饱和相对渗透系数在进气值之后随基质吸力增加而减小,不同初始孔隙比条件下其斜率近似不变,整体呈现"毛刷型"分布,相同基质吸力条件下,初始孔隙比越小,相对渗透系数越大;非饱和渗透系数,进气值之前近似为饱和渗透系数,进气值之后随基质吸力增大而减小,不同初始孔隙比的变化线近似重合。     

降雨作用下非饱和土边坡水力耦合过程分析

基于渗流理论、弹性理论及VG土-水特征曲线模型,建立了二维非饱和土渗流-变形耦合控制方程组。该控制方程突破了饱和时渗透系数是常数的局限,适用于任意初始条件和降雨条件的土坡稳定性分析。有限元软件COMSOL Multiphysics能根据已建好的非饱和土坡渗流-变形耦合模型开展分析。通过算例分析了非饱和土降雨入渗过程中渗流-变形的耦合效应,并探讨了考虑饱和渗透系数为变量情况以及不同的初始条件对渗流场和应力场的影响。结果表明:在非饱和土坡降雨入渗过程中渗流-变形的耦合效应是非常显著的,且与时间有关。对于湿陷性土,考虑耦合效应的压力水头变化总是慢于非耦合情况。饱和状态时渗透系数是应变的函数,其值的变化对非饱和土边坡渗流场有一定的影响,但对非饱和土边坡变形影响微弱。初始条件对渗流和变形的影响是非常大的。     

库水位回落条件下土石坝边坡稳定分析

利用二次开发的有限元软件ANSYS,形成渗流与边坡稳定分析程序模块,计算得到库水位回落条件下的土石坝渗流场;据此分析非饱和土强度、土体密度随含水量变化的关系及渗透力作用;利用强度折减有限元技术分析了水位降落过程中渗透系数、水位降速对边坡稳定性的影响.结果表明,库水位降落初期,坝内浸润线下降,下游坝坡稳定性增大,但此时上游坝坡稳定性仍大于下游坡;饱和渗透系数相同时,库水位降落速度越大则上游坝坡稳定性越差,不同水位降落速度对较小饱和渗透系数的土石坝渗流场及边坡稳定性影响程度较小,对较大渗透系数的坝体则影响较大;水位下降速度相同,则坝体饱和渗透系数越小其上游边坡稳定安全系数越小.     

非饱和土体渗流参数研究

土石坝渗流分析的重要任务之一为防止发生渗透破坏。以往的研究由于对非饱和土体渗流参数的理论研究不足,主要集中在对坝体饱和渗流的分析,不能真实反映土石坝渗流动态情况。采用土壤特性计算软件初步确定非饱和渗流参数。结合前人研究可靠的Fredlund数学模型和VG数学模型,运用1stOpt数据分析处理软件分别对土-水特征曲线及非饱和渗透系数曲线进行数据拟合及修正,结果表明:拟合相关系数满足精度要求,运用相应拟合结果进行非饱和土体渗流计算是合理可行的,其拟合结果可用于非饱和土的渗流计算。更多还原     

非饱和土的土-水特征曲线的试验研究及应用

利用改进的非饱和土三轴仪,对非饱和土在不同围压条件下的基质吸力与含水量关系的试验研究。并根据试验结果,绘制非饱和土的土-水特征曲线与围压-基质吸力关系曲线。分析曲线规律,拟合基质吸力与体积含水量之间的函数,并通过土水特征曲线计算非饱和土的渗透系数及预测非饱和土的抗剪强度。     

不同降雨条件下非饱和土边坡稳定性分析

针对广东某高速路堑边坡,研究不同降雨强度、历时以及不同坡面入渗量对边坡稳定性的影响。研究表明：当雨强越接近土体的饱和渗透系数时,边坡的安全系数越小;当雨强小于土体的饱和渗透系数时,长历时的降雨对边坡稳定性的影响小;等强型降雨条件下,非饱和土边坡在降雨结束后1～3ｄ安全系数达到最小。加固后的路堑边坡应强化并保持坡面阻水能力,否则可能出现非加固区浅表层滑塌。     

土水特征曲线对降雨条件下边坡稳定性影响分析

基于多孔介质饱和-非饱和渗流理论和非饱和土抗剪强度理论,采用极限平衡法与降雨渗流有限元相结合的方法,研究土水特征曲线对降雨边坡渗流场和稳定性的影响。采用不同的土水特征曲线对边坡渗流场和安全系数的计算影响较大,其影响程度随土体亲水性能的增加而增加,黏土类类边坡安全系数下降幅度为24.4%。安全系数的降低主要是由于边坡土体基质吸力的丧失而引起,同时,滑动体的形状也与基质吸力下降的情况有很大关系。黏土类类边坡在强降雨之初容易发生浅层破坏,随着降雨入渗的继续,滑动面由浅层转为深层。     

基于含水量变化对土体强度影响的高边坡稳定分析

利用土水特征曲线,建立了非饱和土含水量与强度的关系式,并用其对某高速公路残积土高边坡进行稳定分析。通过土体含水量在高边坡稳定分析中的应用,提出把含水量作为边坡稳定分析的重要参数,采用土体非饱和强度参数计算得到的边坡稳定安全系数比采用饱和强度参数得到的边坡稳定安全系数大,更接近边坡实际工况。     

非饱和膨胀土土水特征曲线试验研究

土水特征曲线指的是非饱和土中,基质吸力与含水量的变化关系曲线。非饱和土的抗剪强度、渗透系数、变形特性都与土水特征曲线有关。通过改装的非饱和固结仪,对非饱和膨胀土土水特征曲线进行测定,并对所获得的土水特征曲线进行拟合分析。分析结果显示：所得的膨胀土土水特征曲线符合一般规律,可以为进一步的非饱和抗剪强度试验提供可靠的参数,为工程实践提供试验依据。     

降雨对非饱和土质边坡含水率的影响分析

降雨对边坡的稳定性具有重要影响。在降雨作用下,土体含水率增加,抗剪强度降低。基于土 水特征曲线压力板仪试验系统并结合ＧｅｏＳｔｕｄｉｏ中的ＳＥＥＰ／Ｗ提供的典型土－水特征曲线建立非饱和渗 流模型,分析了不同降雨历时下,土体渗透系数对非饱和土质边坡含水率分布的影响。结果表明:当土 体渗透性较差时,入渗深度较浅,且在短期内入渗深度即保持稳定;但当土体渗透性较好时,入渗深度和 达到入渗深度稳定的降雨历时都随之增加。坡脚部位由于受坡体上部结构坡表径流及下渗水补给,土 体含水率最大,应保证该部位排水设施的通畅,防止坡脚部位下渗水导致土体含水率过大,影响边坡稳 定性。     

考虑非饱和区影响的土石坝渗流有限元计算

传统的有限元饱和渗流计算往往把渗透系数取作定值,而实际上非饱和土渗透系数呈非线性函数关系,与体积含水率、孔隙水压力密切相关.基于饱和-非饱和土渗流计算模型与原理,本文考虑渗流场非饱和区对堤坝渗流的影响,对某土石坝进行了渗流有限元计算与分析.算例结果表明,应用该思想与方法计算土石坝渗流,可以获得较为准确合理的渗流场计算结果.     

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Q₃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θ_s、α、n变化幅度较小,而参数θ_r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。     

关于土水特征曲线滞回特性影响因素的研究

研究土水特征曲线是研究非饱和土的关键。通过GCTS土水特征曲线仪,对不同初始干密度、干湿循环次数和不同应力条件下的非饱和土土水特征曲线进行了测定,利用已经提出的滞回度的概念,计算了各种条件下土的滞回度值并对试验的拟合曲线进行了分析,研究了影响土水特征曲线滞回特性的因素,理论上对其产生这种因素的原因进行了定性分析,分析表明,土水特征曲线滞回特性的性状可归结为孔隙体积的变化,这些成果将更有利的指导非饱和土特性的研究。     

大气作用下膨胀土边坡的动态响应数值模拟

采用热湿耦合非等温流方程，结合实际蒸发和植物蒸腾的边界条件，通过考虑水分迁移所引发的非饱和土应力变形行为，建立了大气-非饱和土相互作用模型。采用该模型，分析了在气候变化条件下，不同坡比和不同覆盖条件下非饱和膨胀土边坡的各种动态响应。计算结果表明，该模型能较好分析计算非饱和土表层的蒸发量及草皮对边坡土层含水率和变形的影响；采用分阶段变渗透系数的方法，能有效反映出降雨入渗和蒸发蒸腾过程中膨胀土所表现的不同渗透特性；而边坡的安全系数随气候变化而波动，降雨时边坡的稳定性比蒸发时低，蒸发可提高表层土体吸力，草皮覆盖亦有利于边坡的稳定性。     

临江Ⅱ号崩滑体土水特征曲线试验研究

三峡水库蓄水后导致许多滑坡失稳,使人们认识到研究非饱和土性质的重要性。为研究巴东黄土坡滑坡土的非饱和性质,选取临江Ⅱ号崩滑堆积体的滑带土及滑体土作为试验对象,按其天然状态配置成重塑样,分别进行了土水特征试验及变水头渗透试验,得到了滑体土和滑带土在不同基质吸力条件下所对应的体积含水率和渗透系数;并对其土水特征试验曲线进行拟合, Fredlund-Xing方程拟合效果优于Gardner方程和指数衰减方程。同时发现土水特征试验在施加第一级基质吸力时很重要,这将影响试验曲线的形状。研究成果将对水库蓄水作用下的库岸滑坡稳定性评价有指导意义。     

库岸边坡渗流及稳定性分析

库岸边坡常因受到库水位周期性波动的作用而失稳。传统的饱和土渗流及稳定分析方法无法正确描述水位升降过程中岸坡内孔压场的动态变化及其对岸坡安全系数的影响规律。本文从非饱和土的渗流和抗剪强度理论出发，分析了水位升降时土质岸坡的渗流规律及其稳定性的变化规律。通过选取典型的土性参数，对黏土、粉土和均质砂岸坡进行饱和-非饱和渗流分析，得到水位升降过程中岸坡内孔隙水压力场，再引入极限平衡方法，考虑基质吸力对非饱和土抗剪强度及岸坡安全系数的贡献，进行岸坡稳定性分析。分析表明，土体的饱和渗透系数和土水特征曲线共同决定了水位升降时岸坡内孔隙水压力的大小及分布，水位升降情况下岸坡安全系数的变化规律也与岸坡土体的渗透特性有关。     

降雨入渗对边坡稳定性作用机理分析

降雨是诱发边坡失稳的主要原因，其影响边坡稳定性及诱发边坡失稳的作用机理是多方面、多因素耦合的。通过分析边坡降雨入渗模式，基于非饱和土土力学理论，从边坡非饱和土土体的吸力、吸水软化、地下水位等方面随降雨入渗量而变化的特性，研究了降雨诱发边坡失稳的作用机理，建立了考虑非饱和土渗透系数空间变化特性的降雨入渗模型。