脱湿过程中红黏土热导率的变化试验研究

自然状态下岩土体中的三相组成处于动态变化之中,对土体热传导性能的准确测试造成困难,通过热导率脱湿曲线(TCDC)可间接获取土体的传热性能。为此,以桂林红黏土为研究对象,采用压力板仪和KD2 Pro土壤热特性分析仪,研究了红黏土在脱湿过程中热导率的变化规律。试验结果表明:在进气值之前,土体饱和度不变,3种干密度的土体热导率都有小幅度增加,此阶段主要与吸力变化引起的土体密实度变化有关;当吸力超过进气值后,热导率随饱和度减小逐渐减小,此阶段含水率为影响热导率的主要因素。基于热导率试验结果,采用Lu模型和William模型对红黏土脱湿过程中热导率变化曲线进行拟合,整体上2模型对试验结果拟合较好,可以用于红黏土脱湿过程中热导率变化的模拟。     

红粘土的强度机理

从红粘土的水敏性、密实程度与胶结作用这三方面对其抗剪强度的影响进行了试验,研究发现:随着干密度的增大,红粘土的抗剪强度与粘聚力也有了较大的提高,而内摩擦角在干密度较大情况下随含水率变化较为明显。为了探究胶结作用对红粘土抗剪强度的影响,用丙三醇溶液替代水溶液配制土样进行试验,发现胶结物质减少的红粘土试样,其抗剪强度也有了明显的降低,进一步从胶结作用对红粘土的影响方面分析了红粘土的强度变化规律。     

游离氧化铁对红黏土持水特性的影响

分别以红黏土去铁前后的原状样为研究对象,采用压力板仪和饱和盐溶液蒸气平衡法测得全吸力范围内的土水特征曲线并同时量测体变;利用压汞试验测量不同吸力下的孔径分布,以探讨去铁前后红黏土的孔隙结构,并解释宏观持水特性。试验结果表明:低吸力范围(0～1MPa),去铁前原状样的持水曲线下降较为明显,而去铁后原状样的持水曲线较平缓,尤其是吸力–饱和度的关系,到1MPa时基本上仍为饱和状态,所以去铁后土样进气值增大;去铁后的原状样随着吸力的增大收缩明显,而原状样的收缩相对较缓,主要原因是游离氧化铁以包膜和桥的形式分布在颗粒表面,加强了颗粒之间的连接和包裹作用,使得土骨架抵抗变形的能力增强。高吸力范围(9～367MPa),去铁前后红黏土持水和收缩特性相差不大,此时游离氧化铁的作用不明显。去铁前后的红黏土原状样基本上存在单峰孔隙结构,主要原因是在自然经过无数次胀缩变形,相对较大的孔隙收缩,最终使孔径分布相对均匀;随着吸力的增加,这两种土样孔隙结构基本上不变。     

风化花岗岩土的持水特性研究

以不同风化程度的花岗岩双层土质边坡土体为研究对象,利用压力板法和饱和盐溶液蒸汽平衡法,研究了在全吸力范围内压实样的持水特性。实验结果表明,全风化土的进气值和残余吸力值均低于残积土的,且过渡区呈线性有较大的坡度。花岗岩风化程度差异产生不同的风化产物,影响土体的矿物成分与孔隙结构进而控制土体的持水特性。通过X-射线衍射实验分析土样的黏土矿物成分,采用硅酸盐化学全分析土体的化学成分和风化成矿情况,研究矿物成分对土体持水特性的影响;最后通过扫描电镜与压汞实验,验证分析孔隙结构与分布对持水特性的影响。     

基于广义Clapeyron方程的含盐土冻结特征曲线模型

未冻水质量分数是评估盐渍土和滨海地区土体冻结过程地层稳定性的关键参数,其主要影响因素为温度和盐的质量分数. 基于考虑溶质效应的广义Clapeyron方程,通过无盐分土冻结特征曲线得到冻土吸力的微分形式,联合考虑残余水的质量分数的Books-Corey模型,推导出在任意盐的质量分数和温度条件下冻土中未冻水质量分数的理论模型. 开展冻结试验,利用核磁共振法获得不同水的质量分数、盐的质量分数下粉质黏土和粉土的冻结特征曲线. 试验结果表明：未冻水质量分数随温度降低呈指数函数递减,在同一温度下未冻水质量分数随着初始溶液浓度的增加近似呈线性增加,不同初始水的质量分数下的无盐土体冻结特征曲线具有一致性,粉土相对于粉质黏土更容易达到残余状态. 将理论模型与试验数据进行对比,验证了该模型能够较为合理地预测含盐土体的冻结特征曲线.     

层状地基中表面波有效相速度

在表面波互谱分析方法中,考虑表面波高阶模态及振源对表面波传播影响对提高土层剖面参数计算精度是很重要的。为了研究高阶模态及振源对表面波有效相速度影响,基于薄层刚度矩阵方法,给出了弹性层状地基中表面波水平向及竖直向有效相速度一般解析表达式以及远场渐近表达式,并从能量的角度分析高频、低频有效相速度发展趋势。几种典型层状地基中有效相速度的计算表明:在剪切波速随深度递增的分层中,远场有效相速度随频率变化曲线趋近基阶模态频散曲线;在剪切波速随深度无规律变化分层中,高阶模态影响较大,水平向与竖直向有效相速度有较大的不同;在远场,高频有效相速度趋近表层介质瑞利波相速度。结果显示在高模态及振源影响下表面波有效相速度不仅与频率有关,而且与传播距离有关。     

基于动态多步流动法的非饱和土水力特性测试研究

非饱和土水力特性在非饱和土的研究中起重要作用。鉴于传统的测试方法耗时较长,提出能够快速测定非饱和土水力特性的动态多步流动方法。该方法基于WeiDewoolkar提出的多孔介质热动力学混合物理论模型,推导出能够描述非平衡态的非饱和土饱和度的演化方程,通过对粉土和粉质黏土两种试样开展动态多步流动试验,并根据动态试验结果求解饱和度演化方程,得出试样处于平衡状态时的土水特征曲线和渗透函数。该方法不需要求解初边值问题,仅仅需要动态多步流动的试验数据求解饱和度的演化方程,进而得出试样的水力特性参数,与其它方法相比,该方法更加简单有效。     

红粘土的强度机理

从红粘土的水敏性、密实程度与胶结作用这三方面对其抗剪强度的影响进行了试验,研究发现：随着干密度的增大,红粘土的抗剪强度与粘聚力也有了较大的提高,而内摩擦角在干密度较大情况下随含水率变化较为明显。为了探究胶结作用对红粘土抗剪强度的影响,用丙三醇溶液替代水溶液配制土样进行试验,发现胶结物质减少的红粘土试样,其抗剪强度也有了明显的降低,进一步从胶结作用对红粘土的影响方面分析了红粘土的强度变化规律。     

粉土中CO2水合物的稳定性条件

测定纯CO₂水合物和干密度为1.40、1.50、1.65 g·cm^-3粉土中CO₂水合物的稳定性条件。通过实验数据的对比分析,表明了粉土孔隙效应对CO₂水合物稳定性条件具有重要影响,较于纯水合物,粉土中水合物稳定性压力更高、温度更低。另外,比较了不同初始分解温度下1.50 g·cm^-3粉土中CO₂水合物的稳定性条件,证明了水合物初始分解温度会对沉积物中水合物的稳定性条件测定产生影响。最后,基于修正的van der Waals-Platteeuw相似文献   

一种应用微电子流效应测定土壤含水量的新方法

土体含水量是岩土工程的重要参数。为了测量这一参数,在分析现有土壤含水量测试方法优缺点的基础上,提出了一种以微电子流效应测定土中含水量的新方法。该方法是将传感器与被测土样耦合在一起,然后对传感器施加１００ＭＨｚ的高频交流电流,并产生交流磁场,使被测土样中的电子作同频率的自旋极化运动,从而产生微电子流,通过微电子流的强弱来分辨出水分含量高低。对黄河粉土和桂林红黏土进行了试验,研究了在不同质量、不同密实程度条件下土样的吸水量和吸水速率,并用已知干密度和含水量的环刀样对传感器进行了初步标定。试验结果表明,该方法可以快速有效地测出土样持水量和吸水速率,可测定环刀样和小到０.３ｇ土样的含水量。