發(fā)布時間：2020-04-21 06:11

【摘要】：我國地緣遼闊,非飽和土的分布范圍十分廣泛,自然界中的土體以固、液、氣三相狀態(tài)存在,地下水位之上的土體以非飽和狀態(tài)存在。非飽和土水力特性包含了非飽和土研究的兩個基本的要素,即土水特征曲線和滲透函數(shù);其中最基本的要素是:土水特征曲線,該曲線描述的是基質(zhì)吸力與飽和度之間的關(guān)系。土水特征曲線是非飽和土重要的水力特性參數(shù),它在分析非飽和土強(qiáng)度及邊坡穩(wěn)定等問題時起到重要的作用。我們通常測定土水特征曲線使用的方法基本上都是在試樣處于平衡態(tài)下測得,等待平衡時間較長,消耗人力物力也比較高;本文圍繞土水特征曲線的快速測試原理與方法開展了研究,進(jìn)行了以下四個方面的工作:(1)對歐美大地代理的GEO-Experts應(yīng)力相關(guān)的土水特征曲線壓力板儀系統(tǒng)進(jìn)行改裝,改裝后壓力板儀增加了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、小型蓄水管裝置和真空泵。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一端與電腦連接,利用跟定制天平相配套的數(shù)據(jù)采集軟件來完成數(shù)據(jù)采集功能,另外一端與天平相連,可以在數(shù)據(jù)采集軟件上實(shí)時采集試樣中水分排出量的變化數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)采集軟件可以根據(jù)試驗(yàn)需求對采集時間進(jìn)行設(shè)定,時間間距可以從幾秒到幾小時不等,一般設(shè)置30S采集一次數(shù)據(jù);小型蓄水管裝置可以儲存一整管的水對儀器的整個系統(tǒng)進(jìn)行氣泡沖刷和管線飽和,真空泵的作用是待小型蓄水管中水量不足可從外部儲水儀器中抽水使得小型蓄水管中水量足夠?qū)φ麄�儀器沖刷和管線飽和。(2)利用改裝后的壓力板儀器開展了一步流動試驗(yàn)。將粉土試樣放入改裝后壓力板儀的不銹鋼壓力室中,首先對飽和粉土試樣加載一較小氣壓力值約10 KPa,使試樣中水分溢出由飽和狀態(tài)轉(zhuǎn)為非飽和狀態(tài),待試樣中水分溢出量不在變化后即達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后,將加載的氣壓力值增加到290KPa,進(jìn)行脫濕過程的一步流動法試驗(yàn)。在試驗(yàn)過程找中利用數(shù)據(jù)采集軟件采集試樣中水分溢出量隨時間變化的關(guān)系曲線,然后換算成試驗(yàn)試樣的體積含水率隨試驗(yàn)時間變化的關(guān)系曲線。(3)利用HYDRUS-1D軟件建模板塊,建立一維水分運(yùn)移模型,使用該模型對試樣中水分溢出量隨時間的變化曲線進(jìn)行擬合,擬合得到的試樣體積含水率隨時間變化的關(guān)系曲線與實(shí)測的曲線基本吻合。再依據(jù)得模型擬合到的關(guān)系曲線、初始界限值、試驗(yàn)上下邊界范圍和陶土板對水分滲透的材料參數(shù)結(jié)合HYDRUS-1D建立的一維水分運(yùn)移模型進(jìn)行反向推算,擬合出脫濕過程試樣中水分溢出質(zhì)量隨加壓時間變化的曲線,同時分析反向推算出VG模型中難以實(shí)測的參數(shù)α和n,進(jìn)而能夠快速有效的得到粉土試樣脫濕過程的SWCC。(4)原壓力板儀在前已對粉土試樣進(jìn)行常規(guī)試驗(yàn)方法測定了脫濕過程SWCC;的壓力板儀在對粉試樣脫濕過程SWCC測定試驗(yàn)中花費(fèi)時間約為45天左右,改裝后的壓力板儀對粉土試樣進(jìn)行一步流動法試驗(yàn)測得其SWCC所花費(fèi)的時間約為4天左右,對兩種方法測定得到的SWCC比較來看,改裝后的壓力板儀能夠快速測定粉土試樣脫濕過程SWCC,相對的壓力板儀常規(guī)試驗(yàn)方法來說能夠節(jié)省大量時間。
【圖文】：

我們稱其為非飽和土。土顆粒間存在著一定大小的孔隙，，如果孔隙完全種孔隙中僅僅只有水存在的土就是飽和土；如果孔隙沒有完全充滿水，量的空氣則這種土就是非飽和土。從飽和度定義的角度來講，飽和土的0% ，反之非飽和土的飽和度不足百分百；因此非飽和土是一種由固（土顆）、氣（空氣）組成的三相體[1]；然而 Fredlund 和 Hasan 將非飽和土比2]，即在土中不僅有水分、空氣、土顆粒之外還增加了水氣分界面作為第四1。三相體系土和四相體系土，這兩種類型下的土體所呈現(xiàn)出的強(qiáng)度、變力學(xué)性質(zhì)的差異很大；例如由于第四相水氣分界面的存在，當(dāng)壓縮土體表面張力的影響，導(dǎo)致非飽和土中水分流動狀態(tài)和孔隙氣壓力分布不明就促使了已研究出的飽和土理論在非飽和土上不能完全適用甚至不能適和土影響著我們在實(shí)際工程開展工作的方方面面，如降雨入滲過程中深膨脹土干濕循環(huán)過程中的脹縮開裂以及土體中各種物質(zhì)運(yùn)移過程等，這題無法與飽和土力學(xué)建立的本構(gòu)理論、固結(jié)理論和強(qiáng)度理論[3-5]相適用�？紫侗凰涂諝馓畛�，土顆粒、水分、空氣三者之間比例不同，使得土

圖 1-2 土水特征曲線示意圖Fig. 1-2 Diagram of Soil-Water Characteristic Curve土體位于邊界效應(yīng)區(qū)這一范圍中，土是一種飽和的狀態(tài)，土的孔隙中充空氣，飽和度幾乎不會受吸力的增加發(fā)生改變；加載的吸力不斷加強(qiáng)直時，氣體開始向土孔隙中較大孔隙進(jìn)入，孔隙中水開始被進(jìn)入的氣體擠壓，此時對應(yīng)的吸力值稱為進(jìn)氣值(Air enter value，簡稱 AEV)。加載的吸后，土體失去水分由飽和狀態(tài)變成非飽和狀態(tài)，進(jìn)入過渡區(qū)。進(jìn)入過渡區(qū)著加載的吸力逐漸增大而發(fā)生驟減。這就意味著孔隙中原本均勻且連續(xù)孔隙水變成了離散不穩(wěn)定分布的孔隙水；孔隙中存在的氣體從原來大小被孔隙水包圍，慢慢成為孔隙中的水和氣二者彼此互相分離且不連續(xù)的當(dāng)土體處于這個區(qū)域范圍時，土孔隙中所含有的水分質(zhì)量對土的水力學(xué)，非飽和土力學(xué)的研究也主要匯集于這一區(qū)域范圍內(nèi)；當(dāng)加載的吸力接大至 G2點(diǎn)，此時孔隙中的氣體形成貫通狀態(tài)，孔隙中包含的水分大部分質(zhì)吸力的繼續(xù)增加將不會引起土體含水率或飽和度的明顯改變，此時土
【學(xué)位授予單位】：華北水利水電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TU43

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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3 姜彤;張俊然;陳宇;;非飽和膨脹土剪切強(qiáng)度參數(shù)對比試驗(yàn)研究[J];華北水利水電學(xué)院學(xué)報;2013年04期

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10 黃志全;陳宇;曹繼輝;陳賢挺;;小浪底水庫1~#滑坡非飽和土土-水特性試驗(yàn)研究[J];華北水利水電學(xué)院學(xué)報;2010年02期

本文編號：2635455