非饱和黄土土水特征曲线的研究

利用高速离心机法测试了在不同温度和密度条件下的非饱和黄土的土水特征曲线。试验数据分析表明:基质吸力随含水率的增大而减小;基质吸力随密度的增大而增大;温度、密度、基质吸力与含水率之间符合幂函数的变化关系。最后推导出了一个综合考虑温度、密度、基质吸力对含水率影响的非饱和黄土土水特征曲线拟合公式,可以用来直接计算不同温度、不同密度和不同基质吸力条件下的非饱和黄土的含水率。     

原状和压实黄土持水特性及湿陷性对比试验研究

通过对比研究具有相同初始干密度和含水率的原状和压实黄土,揭示黄土结构对其持水特性和湿陷性影响。利用扫描电镜观察原状和压实黄土微观结构,对试验结果辅助分析。研究显示:压实黄土持水特征曲线进气值较原状黄土大75%。这可能是由于原状黄土中存在超大团粒间孔隙,造成显著的瓶颈效应。另外,原状黄土持水特征曲线的滞回度在低吸力范围(小于7 kPa)较压实黄土大,而在中间吸力范围(7～80 kPa)较压实黄土小。这是由于原状和压实黄土经历不同脱—吸湿历史。对于湿陷性,高含水率时(大于18%)原状和压实黄土湿陷系数差别不大,而在低含水率(16%)时,原状黄土湿陷系数大于压实黄土。这是由于原状黄土中存在黏土颗粒胶结,使其具有较大抵抗加载变形能力(竖向应力200 kPa)。随后的注水,导致黏土颗粒胶结作用失效,引起较大湿陷变形。此外,原状黄土屈服应力较压实黄土屈服应力增大的程度随含水率减小而显著增加,这说明了原状黄土的结构性随含水率的降低而显著增强。     

滤纸法测定南阳中膨胀土土水特征曲线试验研究

介绍了滤纸法量测非饱和土吸力的工作原理,以及滤纸接触法量测土体基质吸力和非接触法量测土体总吸力的试验方法和注意事项。利用NaCl盐溶液法建立了国产“双圈”No.203型滤纸的总吸力率定曲线,得到了总吸力率定曲线的双线性表达式。分析了“双圈”No.203型滤纸的总吸力率定曲线和王钊等率定得到的基质吸力率定曲线的关系特性。应用滤纸法分别测试了不同含水率下南阳中膨胀压实土的总吸力和基质吸力值,分别给出了含水率介于16~30%之间的南阳中膨胀压实土的总吸力和基质吸力土水特征曲线。     

三轴剪切应力条件下非饱和原状黄土的土水特征

采用非饱和土三轴仪,对不同含水率的西安非饱和原状黄土在不同静围压下进行了常含水率三轴剪切试验。用轴平移技术量测了无应力和有应力条件下黄土的基质吸力,分析了不同含水率、不同静围压条件下偏应力变化对基质吸力的影响规律,提出了常含水率三轴剪切条件下非饱和原状黄土土水特征曲线的表达式。研究结果表明:含水率一定时,偏应力变化对非饱和原状黄土基质吸力的影响与含水率的大小有关,对于不同的净围压,含水率小于等于23%时,基质吸力随偏应力的增大先基本不变后增大;含水率大于等于28%时,基质吸力随偏应力的增大先基本不变后减小;不同的含水率与不同的净围压条件下,偏应力变化对基质吸力的影响较小。应力对原状黄土基质吸力的影响规律与应力路径有关。在偏应力变化(含水率一定)及含水率变化(干密度一定)所对应的2种饱和度变化条件下,2类黄土的基质吸力与饱和度关系具有不同的变化特性,含水率变化对应的饱和度变化明显比偏应力变化对应的饱和度变化对基质吸力的影响要大。净围压小于等于400kPa时,偏应力变化对饱和度与基质吸力关系的影响皆较大,对含水率与基质吸力关系的影响皆较小。不同静围压及偏应力作用下,原状黄土的土水特征皆可用无应力条件下呈对数函数的含水率与基质吸力关系来近似地描述。     

含水率变化下压实路基土动态回弹模量试验研究与预估模型

路基土动态回弹模量MR是路面设计和使用性能评价采用的关键参数,运营期间受含水率变化影响显著。以压实红黏土为研究对象,制备了6个不同含水率和3种不同压实度的试样,采用滤纸法测试了不同状态下的基质吸力,并通过动三轴试验研究了含水率、压实度、动偏应力和围压对动态回弹模量的影响。试验结果表明:MR随压实度、围压的增大而增大,随动偏应力增大呈非线性减小;MR随含水率增大急剧降低,从最佳含水率增加4.5%时,不同压实度下MR均降低约50%,动偏应力和压实度对MR的影响随含水率增大逐渐减弱;MR随含水率和饱和度的变化规律与土性显著相关,而不同土样的MR随基质吸力变化趋势基本一致。进而引入基质吸力,建立了综合考虑含水率和应力水平影响的压实路基土MR预估模型,通过本文和文献试验数据证实了该模型的适用性,并基于13种土样的试验结果建立了模型参数与物性指标之间的经验关系。     

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。     

盐渍土土水特征曲线的研究

通过对以洛阳黄土加NaCl配成的盐渍土物理性质分析,利用压力板仪对不同含盐量、不同干密度、不同含水量的盐渍土在不同压力条件下的基质吸力和含水率关系进行试验研究,并根据试验结果,绘制盐渍土的土水特征曲线,进行比较,分析其变化规律,得出结论：（1）基质吸力随着含水率减小而增大;（2）土水特征曲线有交叉现象出现,即不同条件的试样基质吸力相同;（3）干密度对盐渍土基质吸力影响不大;（4）含盐量对盐渍土的基质吸力有一定的影响。     

红黏土的土水特性及其孔隙分布

以桂林红黏土为研究对象,采用压力板法、滤纸法和饱和盐溶液蒸气平衡法3种方法研究在全吸力范围内原状样和压实样的土水特性,并结合压汞试验研究其孔隙分布。试验结果表明:当吸力约小于10 MPa时原状样的土水特征曲线略低于压实样,主要原因是原状样内部裂隙随吸力的增加而不断发展;当吸力约大于10 MPa时两者的土水特征曲线几乎重合。原状和压实桂林红黏土样的土水特征曲线与典型的土水特征曲线不同,即在过渡段均不是单一直线。此外,原状样为单峰孔隙结构,压实样则为双峰孔隙结构,原状样的最终收缩变形量比压实样大。不同干密度的压实样内部颗粒间孔隙分布几乎相同,而积聚体间孔隙或积聚体内孔隙相对较大孔隙存在差异;由此可解释在高吸力范围内不同干密度压实样的含水率与吸力关系土水特征曲线几乎重合;以饱和度与吸力关系表示时,干密度越大,土水特征曲线越高。     

非饱和结构性黄土吸附强度的试验研究

 以甘肃永登非饱和结构性黄土为研究对象,通过等吸力三轴试验,研究非饱和黄土在控制吸力条件下的剪切性状,得到基质吸力随含水率及围压的变化规律和基质吸力与吸附强度之间的相互关系,并推导新的吸附强度公式,该公式可预测不同吸力对非饱和黄土抗剪强度的贡献。试验结果表明：非饱和黄土的基质吸力随含水率和围压的增大分别减小,但含水率的变化对基质吸力的改变起着主导作用,在低含水率情况下,基质吸力灵敏度较高,吸附强度随基质吸力的增大而增大,围压对吸附强度的影响较小。本研究为非饱和黄土抗剪强度应用于西部地区黄土工程实践提供了一种新的方法。     

兰州马兰、离石压实黄土抗剪强度影响因素探讨

抗剪强度是压实黄土的重要力学指标,在不同压实和含水状态下,土体的抗剪强度存在明显差异。对兰州青白石马兰、离石压实黄土进行了直剪试验,得到不同压实度和含水率下的黏聚力和内摩擦角,探讨了含水率和压实度对压实黄土抗剪强度的影响。结果表明：黏聚力随压实度的增大而增大,且离石黄土增大幅度大于马兰黄土;含水率小于最佳含水率时黏聚力随含水率的增大略有增大,当含水率大于最佳含水率后黏聚力随含水率的增大反而急剧减小;离石黄土和马兰黄土内摩擦角均随压实度增大而增大、随含水率增大略有减小。     

Influence of initial dry density and water content on the soil–water characteristic curve and suction stress of a reconstituted loess soil

In the northwest of China, many loess landslides have occurred without clear triggering factors (i.e., rainfall, earthquake, human activities, etc.). To better understand and analyze the hydro-mechanical properties of these slopes and then provide evidence for their stability analysis subjected to matric suction, it is essential to clarify the soil–water characteristic curve (SWCC). In this study, we conducted a set of experimental trials to examine the influences of initial dry density, water content upon the SWCCs of a loess soil taken from a loess landslide area, by using a conventional volumetric pressure plate extractor. Two common SWCC models have been investigated to evaluate which one is better for loess soil. The suction stress characteristic curves (SSCCs) were also estimated and analyzed. We found that behaviors of SWCCs would be different when the matric suction was greater than a certain value. The two SWCC equations have approximately the same performance in describing the SWCC. The rates of desorption decrease and residual water content increases with increasing the initial dry density, while the initial dry density has little, if any, influence on the air-entry value (AEV). The specimen compacted under higher initial water content would exhibit a higher AEV value and residual water content but lower rate of desorption as compared with the lower initial water content. The magnitude of suction stress had an approximately linear relationship with matric suction before the AEV value, the SSCC shapes will be markedly varied with the initial dry density and water content.     

黄土塬地区非饱和结构性黄土的强度特性研究

为了揭示黄土塬地区非饱和原状及重塑黄土的结构性强度特性的有关规律,完善非饱和土的非线性模型,获得关于黄土塬地区非饱和黄土的变形和强度特性及相关参数,以陇东Q3原状及重塑黄土为对象开展试验研究,对不同初始吸力及不同净围压下的非饱和黄土进行了三轴固结排水剪切试验,研究了黄土塬地区非饱和原状及重塑黄土的变形特性、临界状态、强度参数及吸力变化特性。研究结果表明:原状黄土的剪切破坏表现出明显的剪缩现象,重塑土试样的变形出现剪胀和应变软化现象,剪切变形会出现明显的剪切带现象;不同初始吸力下,原状土偏应力与体应变临界状态线均成线性关系,而非饱和重塑黄土体应变受干密度的影响较大,试验过程中,较大干密度的试样出现了先剪缩后剪胀的现象;非饱和黄土的抗剪强度受基质吸力的影响,非饱和原状黄土的黏聚力随吸力的增大而增大,有效内摩擦角受吸力影响较小,可近似为一常数,非饱和重塑黄土的强度受基质吸力和干密度的影响较大,但对内摩擦角的影响较小;试验得出黄土塬地区非饱和原状及重塑黄土的强度参数,且求得的原状土参数K比重塑土参数K受吸力的影响更大。     

干密度对非饱和黄土基质吸力的影响

为了研究起始湿度、天然密度以及竖向荷载对吸力特性的影响,对西安原状黄土进行不同起始湿度、密度条件下的常含水量压缩试验,提出无应力作用下同时反映初始含水率和天然干密度的基质吸力表达式。研究结果表明:天然干密度、初始含水率、应力相关的干密度对基质吸力的影响程度都与试样的起始湿度有关,起始湿度小于试样塑限含水量时,影响都比较大,起始湿度大于试样塑限含水量时影响都很小。净竖向荷载对吸力特性的影响与起始湿度、天然密度有关,净竖向荷载小于等于400 kPa时,对吸力的变化影响很小,可不考虑净竖向荷载影响,可用未受荷载作用时的SWCC曲线来描述原状试样的吸力特征;净竖向荷载大于400 kPa时,对吸力的变化影响较为显著。视起始湿度和天然密度的不同,净竖向应力相关的干密度增大引起基质吸力非单调增减或单调下降,天然干密度的增大引起基质吸力单调上升。     

黄土填料CBR值与压实度及回弹模量的关系探讨

对甘肃陇西地区粘性黄土试样进行室内外试验,分析了在不同浸水时间条件下,CBR与压实度和回弹模量的关系,并对三者进行了回归分析,建立了CBR、压实度与回弹模量之间的二元线性回归方程,结果表明:黄土填料的回弹模量E0和土样的CBR值之间服从幂指数关系,且相关性良好。     

Water retention of geosynthetics clay liners: Dependence on void ratio and temperature

The dependence of the geosynthetic clay liners (GCLs) soil-water characteristic curve (SWCC) on temperature and overburden stress are characterised experimentally. It is shown that changes in void ratio and temperature alter the relationship between suction and moisture content and new forms of existing SWCC equations are developed. To cover a wide suction range, the SWCCs are measured using axis-translation and dew point methods. Based on the available experimental data, both proposed SWCCs are shown to perform well in predicting the effects of void ratio on SWCC along the drying path when compared to the experimental results. It is found that the air-entry value increases as the net vertical stress increases for the experiments under the same temperature. In addition, elevation of temperature reduces retention capacity of the GCL.     

Soil-water characteristics of Gaomiaozi bentonite by vapour equilibrium technique简

Soil-water characteristics of Gaomiaozi (GMZ) Ca-bentonite at high suctions (3–287 MPa) are measured by vapour equilibrium technique. The soil-water retention curve (SWRC) of samples with the same initial compaction states is obtained in drying and wetting process. At high suctions, the hysteresis behaviour is not obvious in relationship between water content and suction, while the opposite holds between degree of saturation and suction. The suction variation can change its water retention behaviour and void ratio. Moreover, changes of void ratio can bring about changes in degree of saturation. Therefore, the total change in degree of saturation includes changes caused by suction and that by void ratio. In the space of degree of saturation and suction, the SWRC at constant void ratio shifts to the direction of higher suctions with decreasing void ratio. However, the relationship between water content and suction is less affected by changes of void ratio. The degree of saturation decreases approximately linearly with increasing void ratio at a constant suction. Moreover, the slope of the line decreases with increasing suction and they show an approximately linear relationship in semi-logarithmical scale. From this linear relationship, the variation of degree of saturation caused by the change in void ratio can be obtained. Correspondingly, SWRC at a constant void ratio can be determined from SWRC at different void ratios.     

人工制备黄土湿陷性影响因素及微观机理研究

基于模型试验相似理论和Monte Carlo原理,选用石英粉、砂、膨润土、石膏和工业盐,采用空中试验自由下落法制备人工湿陷性黄土。对不同含水量和压实度的土样进行土工试验、能谱仪元素分析和电镜扫描测试。试验结果表明:该人工黄土的元素组成与天然湿陷性黄土具有一致性;人工制备黄土的湿陷性随着初始含水量的增加呈先增大后减小的趋势,随着压实度的增大线性减小,湿陷规律与天然湿陷性黄土相似;该人工黄土具有易受应力状态和浸水影响的结构性。随着压实度和含水量的增大,颗粒的各向异性、面积比和等效直径增大,而扁圆度和充填比减小。土的湿陷系数与各向异性、扁圆度、面积比等微结构参数存在着良好的相关关系。从微观角度合理地解释了该人工黄土相似材料的湿陷性机理,与天然黄土湿陷规律有较高的契合度。     

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。