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应力作用下非饱和土土水特征曲线及渗透性研究

作　者: 周冬
导　师: 刘奉银
学　校: 西安理工大学
专　业: 岩土工程
关键词: 非饱和土土水特征曲线渗透系数密度应力本构关系
分类号: TU43
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

土水特征曲线是非饱和土本构关系的重要内容,渗透系数是土的主要特性指标之一,二者都是非饱和土研究领域内的重要问题。本文主要研究了孔隙比和应力对土水特征曲线的影响以及非饱和土土渗透系数的直接测定方法。具体工作如下：1.利用GCTS土水特征曲线仪进行不同干密度重塑黄土试样的土水特征曲线试验研究。定性分析了干密度对土水特征曲线的影响,基于双曲线模型推导了土水特征曲线拟合公式,选取了较为适合的Gardner公式拟合了实测数据,拟合效果较好。2.初步研究了侧限压缩状态下,轴向应力对非饱和黄土土水特征曲线的影响。相同的基质吸力,轴向应力作用下的试样,较未施加应力的试样饱和度高,应力对基质吸力较低(小于进气值)段的土水特征曲线影响较大,应力是影响土水特征曲线的关键因素。3.分析了增减湿循环对土水特征曲线的影响。随着增减湿循环次数的增加,土水特征曲线滞回效应越来越弱,试样中越来越多的大孔隙失去了吸水能力。瓶颈效应是增减湿差异的主要原因。4.分析了非饱和土的吸力—变形特性。在非饱和土的减湿过程中,基质吸力增大,但基质吸力作用面积减小了,基质吸力引起的变形效应由强变弱,含水量在18%～20.5%之间时,基质吸力引起的土体变形最显著。随着增减湿循环次数的增多,基质吸力引起的变形进一步增大。5.对Saskatchewan粉土、Indian head冰碛土和西安黄土,通过引入“水与土粒体积比值”Rw发现：不同固结压力下Rw随基质吸力的变化曲线为一条。基于此认识,在vanGenuchten模型基础上,针对这三类土的减湿土水特征曲线提出了一种考虑应力引起密度变化的新型土水特征曲线模型,此模型的参数较少且易确定。6.成功调试了微机控制水气运动联合测定三轴仪,实现了直接测定非饱和土的渗透系数。非饱和土在单相密封状态下,相当于该相在整个渗透过程不发生体积和压力变化,另外一相形成通路,并在该相的压力梯度下发生渗流。随后,用该原理测试了某一干密度的黄土试样在不同饱和度条件下的渗水系数,渗透系数与饱和度成指数关系,与已有测定结果对比,看出测定的准确性较好。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-21
  1.1 引言  9
  1.2 土水特征曲线研究现状  9-17
    1.2.1 土水特征曲线的基本特性  10-12
    1.2.2 土水特征曲线的影响因素  12
    1.2.3 土水特征曲线的量测  12-15
    1.2.4 现阶段的土水特征曲线方程  15-17
  1.3 非饱和土渗透测试技术的研究现状  17-19
  1.4 本文的主要研究内容  19-21
2 GCTS土水特征压力仪的调试及技术指标分析  21-31
  2.1 GCTS土水特征压力仪简要介绍  21-22
    2.1.1 仪器的原理  22
    2.1.2 仪器功能  22
  2.2 试验用土的物理力学性质指标及其制备方法  22-23
  2.3 该仪器的试验方法  23-24
  2.4 平衡标准的确定  24-28
    2.4.1 气泡冲刷量与基质吸力之间关系  24-25
    2.4.2 减湿过程排水量与时间的关系  25-27
    2.4.3 陶土板对平衡时间的影响  27-28
  2.5 含水量误差分析  28
  2.6 初始饱和度小于100%时对减湿曲线的调整方法  28-30
  2.7 本章小结  30-31
3 不同干密度的非饱和黄土土水特征曲线试验研究  31-43
  3.1 引言  31
  3.2 试验方案  31
  3.3 实测不同干密度黄土的土水特征曲线  31-33
  3.4 选取拟合公式对土水特征曲线拟合  33-42
    3.4.1 从曲线形态来推导其数学表达式  33-35
    3.4.2 用Gardner模型拟合SWCC时求参的Matlab实现  35-38
    3.4.3 拟合参数分析  38-40
    3.4.4 拟合效果研究  40-42
  3.5 本章小结  42-43
4 应力及增减湿循环对土水特征曲线影响的初步研究  43-53
  4.1 应力对土水特征曲线影响的初步研究  43-47
    4.1.1 试验方案  43
    4.1.2 压缩试验的结果  43-45
    4.1.3 施加轴向应力的土水特征曲线成果图  45-46
    4.1.4 应力对土水特征曲线影响分析  46-47
  4.2 土水特征曲线滞回特性初步分析  47-49
    4.2.1 土水特征曲线滞回试验结果  47-48
    4.2.2 分析增减湿过程中饱和度的差异  48-49
  4.3 非饱和土吸力—变形特性的试验研究  49-52
    4.3.1 不同干密度下非饱和黄土的吸力—变形特性分析  49-51
    4.3.2 增减湿循环对非饱和土吸力—变形特性的影响  51-52
  4.4 本章小结  52-53
5 考虑应力引起密度变化的土水特征曲线模型的新方法  53-71
  5.1 引言  53
  5.2 本章所用的试验数据简述  53-55
  5.3 文献[26]、[30]用土和西安黄土土水特征曲线试验结果的分析  55-63
    5.3.1 文献[30]中Saskatchewan粉土K_0固结状态的试验结果分析  55-57
    5.3.2 文献[30]中Saskatchewan粉土均压固结状态的试验结果分析  57-59
    5.3.3 西安黄土K_0固结状态的试验结果分析  59-61
    5.3.4 文献[26]中Indian head冰碛土无压和K_0固结状态的试验结果对比分析  61-63
  5.4 考虑应力引起密度变化的土水特征曲线模型的构造思路  63-64
  5.5 该模型的验证及适用范围评定  64-69
  5.6 本章小结  69-71
6 直接测定非饱和土渗透系数的探讨  71-85
  6.1 引言  71
  6.2 微机控制水气运动联合测定三轴仪的功能及调试  71-75
    6.2.1 仪器工作原理及功能  72-73
    6.2.2 仪器调试及技术指标的分析  73-75
  6.3 仪器使用方法  75-77
    6.3.1 试验土样制备  75-76
    6.3.2 试验前的准备工作  76-77
    6.3.3 试验步骤  77
  6.4 不同饱和度下黄土渗水系数的测定  77-83
    6.4.1 渗水驱动势的确定  77-78
    6.4.2 渗透系数测定方案  78
    6.4.3 渗水稳定时间的确定  78-82
    6.4.4 渗水系数的计算  82-83
  6.5 直接测定结果与前人成果对比  83-84
  6.6 直接测定渗透系数方法的优势与不足  84
  6.7 本章小结  84-85
7 结论与展望  85-88
  7.1 本文的主要工作与成果  85-86
  7.2 有待进一步研究的问题  86-88
致谢  88-89
参考文献  89-93
附录  93

应力作用下非饱和土土水特征曲线及渗透性研究

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