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固结压力与温度作用下粉土的持水性能研究

作　者: 胡新江
导　师: 谈云志
学　校: 三峡大学
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: 粉土土水特征曲线固结压力温度效应预测模型
分类号: TU44
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

土水特征曲线是土体孔隙的持水能力随吸力状态变化的规律曲线，是获得非饱和土持水性能的重要途径。结合饱和土的相关参数可以预测非饱和土的渗透系数、水分扩散系数及抗剪强度等，它在非饱和土力学中有着非常重要的意义。在岩土工程中，如地下核废料的处置、二氧化碳地下封存等，都需要考虑上覆荷载和温度对土的持水性能的影响。但如何获得固结压力和温度共同作用下土的持水性能以及其影响机制，学者们还没有达成一致意见。本研究开发了一套多功能土水特征曲线试验仪，开展了固结压力和温度作用下粉土的土水特征曲线试验，结合微观试验从孔隙结构方面研究固结压力和温度对粉土持水性能的影响机制，并建立由土体孔隙孔径分布曲线预测其土水特征曲线的新方法。研究的主要内容及结论如下：1）研制了一套多功能土水特征曲线试验仪，该仪器采用简单易行的试样成形方法，减小制样工作量的同时提高了试样制作质量。设计了一套温度控制系统，采用砝码加载的方式施加轴向荷载，实现了温度和固结压力同时作用。采用数据采集系统测量试样在试验过程中的变形量来修正试验结果，通过高精度天平直接测量试样排水量，试验结果的准确性得到保证。编制了仪器的操作规程，介绍了仪器操作注意事项，为后续试验提供了技术支持。2）利用能考虑固结压力作用的自制多功能土水特征曲线试验仪，在25℃恒温室内开展了5种不同固结压力作用下粉土的土水特征曲线试验，并测量试样在增（减）湿过程中土体的体积胀缩量来修正体变对其体积含水量的计算误差。结果表明，粉土在减湿过程中，土体的体积发生明显的收缩，在增湿过程中体积则基本保持不变。固结应力对粉土持水特征曲线的进气值、增（减）湿速率影响较大，固结压力越大其进气值越大、减湿速率也越大。3）为揭示固结应力对土体的持水性能的影响机制，开展了5种不同固结压力作用下粉土的细微观试验。试验表明，固结压力主要改变了土体团粒间的大孔隙，而对土颗粒之间的孔隙影响较小。土体的持水性能与土体的孔隙大小和分布模式密切相关，大孔隙主要影响土体的进气值，而其孔隙分布模式则控制其增（减）湿速率。4）利用能考虑温度作用的自制多功能土水特征曲线试验仪，开展了3种不同温度作用下粉土的土水特征曲线试验，并测量减湿过程中土体的体积胀缩量。结果表明，粉土在减湿过程中体积发生明显收缩，不同温度作用下收缩量基本相同。温度对粉土持水性能影响显著，粉土的进气值随着温度的升高而降低，基质吸力相同时，粉土的体积含水量随温度上升逐渐减小，但彼此之间的差异随着温度升高而逐渐减弱。孔隙中水的物理特性以及水、气的赋存状态是不同温度下粉土持水性能存在差异的主要原因。5）以非饱和土力学基本理论为基础，结合土水特征曲线与孔隙孔径分布曲线的之间的相关性，建立了一种能够考虑滞后效应的土水特征曲线预测模型，最后将预测值与试验值进行对比分析，发现预测值与试验值存在一定偏差，分析表明该偏差主要是由于模型转换过程中简化了孔隙分布模式、试验过程中不可控因素等原因造成。论文创新点：①研制了一套能够同时考虑固结压力和温度作用的土水特征曲线试验仪；②以细微观孔隙结构特征为基础揭示了粉土持水性能与孔隙结构分布模式之间的互馈关系；③从水、气赋存状态的角度揭示了温度对粉土持水性能的作用机制。

固结压力与温度作用下粉土的持水性能研究

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