【摘要】：孔隙水在土中的流動滿足達(dá)西定律,其中滲透速度與水勢梯度的比值被稱為滲透系數(shù)。滲透系數(shù)是研究土體滲流、沉降變形、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和污染物運移等問題的重要參數(shù),它主要受土的礦物成分,土中孔隙的大小及其分布,土的溫度、含水量以及鹽離子濃度等因素影響。本文主要對非飽和滲透系數(shù)進行以下5個方面的研究:1.改進滲透儀,防止土體孔隙水在壓力室內(nèi)發(fā)生蒸發(fā);增加對照皿,實時監(jiān)測盛水皿中的水分蒸發(fā)并進行水分補償,從而更加準(zhǔn)確地測量土體孔隙水的排出體積,同時分析了水分蒸發(fā)對非飽和滲透系數(shù)測量的影響。2.基于土水特性曲線和瞬態(tài)含水量曲線,提出了一種直接測量非飽和滲透系數(shù)的方法。在溢出法試驗中,把氣壓增量分為兩個部分:一部分克服滲透阻力,驅(qū)趕土體孔隙水的排出;另一部分平衡靜水表面的張力,從而轉(zhuǎn)化為土體的基質(zhì)吸力,再結(jié)合達(dá)西定律求出瞬態(tài)滲透系數(shù)。對硅微粉和廣西桂平土分別進行多步溢出法和兩步溢出法試驗,并對比Gardner分析方法和van Genuchten-Mualem模型,證明了直接測量方法的可行性。3.基于非飽和土的孔隙水平衡微分方程,推導(dǎo)出了非飽和滲透系數(shù)的預(yù)測公式。該公式只有一個參數(shù),這個參數(shù)可以通過飽和滲透系數(shù)與孔隙率之間的關(guān)系曲線求出。對比分析了Touchet粉沙壤土、Columbia沙壤土、松砂和硅微粉這4種不同類型土的試驗結(jié)果和預(yù)測值,證明了非飽和滲透系數(shù)預(yù)測公式的可靠性。4.非飽和土在干濕循環(huán)下水力特性的研究是巖土工程領(lǐng)域非常重要的一部分。然而,大多數(shù)對土水特征曲線或滲透系數(shù)的研究僅限于單次干濕循環(huán)試驗或少數(shù)類型土的多次干濕循環(huán)試驗。本文基于多步溢出法對硅微粉和廣西桂平粘土分別進行了5次干濕循環(huán)試驗,分析了干濕循環(huán)對這兩種土水力特性的影響。5.基于非飽和滲透系數(shù)的預(yù)測公式,采用Comsol軟件模擬不同類型土的非飽和滲透系數(shù)對溶質(zhì)運移的影響,并與van Genuchten-Mualem模型相比,證明了非飽和滲透系數(shù)預(yù)測公式的實用性。
【圖文】：

自然條件下的土體可分為飽和土和非飽和土兩種狀態(tài)。飽和土一般分布在水位線以逡逑下的區(qū)域，它主要由土顆粒相和液相組成。而介于水位線與地表之間的土體一般被稱為逡逑非飽和土，其土體孔隙水的飽和度低于１００％，它比飽和土多一相（即氣相），如圖１．１逡逑所示。非飽和土廣泛分布在土質(zhì)邊坡、土石壩、路基填土、垃圾填埋場以及干旱－半千逡逑旱地區(qū)等。在外界氣候或其他因素的作用下，，土體通常介于飽和與非飽和兩種狀態(tài)，它逡逑們之間是可以相互轉(zhuǎn)換的。逡逑■ＢW逡逑圖１．１飽和土和非飽和土的不意圖逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｓａｔｕｒａｔｅｄ邋ａｎｄ邋ｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄ邋ｓｏｉｌ逡逑非飽和土力學(xué)在理論上有很大的發(fā)展，己經(jīng)取得了很多公認(rèn)的成果，但非飽和土的模逡逑型參數(shù)測量周期長，它的處理與分析方法比飽和土復(fù)雜，導(dǎo)致非飽和土力學(xué)的應(yīng)用落后逡逑于理論的研宄。其中大多數(shù)巖土工程還是按照飽和土力學(xué)理論來設(shè)計的，實踐表明這類逡逑方法的適用性強且安全性高，但這類方法較為保守，預(yù)留的安全值較大，且施工成本高。逡逑比如路面塌陷、地基膨脹或失陷、降雨誘發(fā)淺層滑坡和庫區(qū)水位變動誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害等現(xiàn)逡逑象，大部分是在非飽和土區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的［１］。因此非飽和土力學(xué)的研宄不僅具有理論意義，逡逑也具有重要的工程應(yīng)用價值。逡逑由于土體孔隙水的變化容易引起土體性質(zhì)的改變，使得非飽和土存在很多不確定性逡逑和可預(yù)測性較差等問題。氣候變化使土體處于干燥或潤濕狀態(tài)

其中邊坡失穩(wěn)、壩基坍塌等地質(zhì)災(zāi)害問題和人類自身的改造活動（如地下水的大量逡逑開采導(dǎo)致地下水位下降而引起的地表塌陷、大量化肥、農(nóng)藥的使用、工業(yè)污染物的直接逡逑排放及城市生活垃圾等不妥當(dāng)?shù)奶幹茫┮鸬沫h(huán)境污染問題，如圖１．２所示，這些問題的逡逑研宄均會涉及到流體在非飽和土孔隙中的流動問題。描述非飽和土孔隙中流體的流動問逡逑題離不開對非飽和土水力特性（包括土水特征曲線和滲透系數(shù)）的測量。非飽和土中存在逡逑的氣相使得土體含水量發(fā)生變化，從而導(dǎo)致非飽和土水力特性的改變。土水特征曲線就逡逑是描述土中水氣兩相比例的變化規(guī)律，即土中的吸力與含水量之間的關(guān)系，這種關(guān)系的逡逑－２－逡逑
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TU41

【參考文獻】

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本文編號：2685715