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砂质黏性紫色土粒组缺失对降低持水特性的影响

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农业工程学报 2024年

作者：汪时机曹俊嘉李贤张起勇杨寻蒋文君肖雪向阳西南大学工程技术学院

紫色土结构松散、具高生产性，但具有较弱的抗侵蚀能力，侵蚀后表现出土壤干密度减小、细颗粒流失严重等现象，影响其持水特性。为探讨紫色土降雨侵蚀后土壤持水特性的变化，该研究选取砂质黏性紫色土在降雨条件下最易变化的3组粒组（>0... 详细信息

紫色土结构松散、具高生产性，但具有较弱的抗侵蚀能力，侵蚀后表现出土壤干密度减小、细颗粒流失严重等现象，影响其持水特性。为探讨紫色土降雨侵蚀后土壤持水特性的变化，该研究选取砂质黏性紫色土在降雨条件下最易变化的3组粒组（>0.250～0.500、>0.075～0.250、0～0.075 mm），开展广义吸力范围内粒组缺失的土-水特征曲线（soil-water characteristic curve,SWCC）试验，分析粒组缺失对砂质黏性紫色土持水特性的影响。结果表明：1）粒组缺失会降低土体持水特性，在边界效应区和过渡区最为明显，残余区影响较小。缺失粒组质量分数与进气值和残余含水率呈反比；2）使用粒径参数（限制粒径、平均粒径、中值粒径、有效粒径）表征土体级配状况，建立土体级配曲线与SWCC特征值的关系，发现除有效粒径，其余参数均与进气值和残余值呈线性反比关系；3）使用Fredlund-Xing模型对不同方法所得数据进行拟合，发现使用单一试验方法所得数据结果拟合优度较高，但SWCC明显偏离其余试验数据点。提出获得准确的紫色土全吸力SWCC仅需确定吸力最大值，并引入3种评价指标进行验证，拟合结果表明，此方法可有效缩短SWCC试验周期，为SWCC在三峡库区紫色土地区的工程运用提供了可靠的思路。

关键词：土壤粒径模型土-水特征曲线紫色土非饱和土粒组缺失

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非饱和砂质黏性紫色土固结特性研究

岩土工程学报 2022年第S1期44卷 121-125页

作者：夏浩城汪时机李贤杨寻西南大学工程技术学院

土体变形和地基沉降一直是土力学研究的热点问题之一，干密度和基质吸力是非饱和土体压缩变形的两个重要影响因素。为研究广泛分布于西南三峡库区非饱和砂质黏性紫色土的压缩特性。利用GDS非饱和土高级固结试验系统，对非饱和砂质黏性... 详细信息

土体变形和地基沉降一直是土力学研究的热点问题之一，干密度和基质吸力是非饱和土体压缩变形的两个重要影响因素。为研究广泛分布于西南三峡库区非饱和砂质黏性紫色土的压缩特性。利用GDS非饱和土高级固结试验系统，对非饱和砂质黏性紫色土进行一维侧限压缩试验，研究初始条件改变对紫色土的压缩特性的影响和规律，并提出相关模型。研究结果表明：(1)e–lgp曲线可以分解为两部分，两段变化情况的不同，干密度的增加会抑制土体压缩；(2)不同干密度的e–lgp曲线会在随着净竖向压力的增加中，孔隙比会在某一区域集中；(3)提出吸力压缩系数Qsi，建立与吸力和沉降量间的模型，并对地基沉降量进行预估；(4)从影响机制分析，吸力及密度的增加，都以不同方式，不同程度上缩小土颗粒间孔隙空间。进而影响土体压缩。研究结果可以为紫色土地区建筑，道路的地基设计和地基处理提供一定的参考价值。

关键词：压缩特性干密度基质吸力紫色土

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膨胀土裂隙演化规律及掺砂改良效果试验研究

西南大学学报（自然科学版） 2022年第8期44卷 176-184页

作者：张继伟汪时机骆赵刚西南大学工程技术学院重庆400715 重庆市建筑物全生命周期健康检测与灾害防治工程研究中心重庆408100

在荷载和气候环境作用下,不同种类的膨胀土裂隙开展程度不同.通过大尺寸泥浆试样开展一系列膨胀土干缩裂隙演化试验,并利用数字图像处理技术对裂隙演化的整个过程进行定量分析.试验对比研究了3种膨胀土的裂隙演化情况,并对其中裂隙开展... 详细信息

在荷载和气候环境作用下,不同种类的膨胀土裂隙开展程度不同.通过大尺寸泥浆试样开展一系列膨胀土干缩裂隙演化试验,并利用数字图像处理技术对裂隙演化的整个过程进行定量分析.试验对比研究了3种膨胀土的裂隙演化情况,并对其中裂隙开展程度最高的邯郸膨胀土进行风化砂改良.试验结果表明,3种地区的膨胀土裂隙演化过程可以分为4个阶段,分别是裂隙萌芽阶段、裂隙发育阶段、裂隙拓宽阶段和裂隙稳定阶段;3种不同地区膨胀土的裂隙形态有较大差异,合肥膨胀土裂隙密集且细长,邯郸膨胀土裂隙稀少且粗短,而广西膨胀土裂隙发育不良,存在未贯通裂隙;邯郸膨胀土存在“次生微裂隙”特性,会对土体造成进一步劣化;风化砂改良会加快邯郸膨胀土裂隙的发育,使其在更短的含水率区间内完成整个裂隙演化过程;风化砂改良对邯郸膨胀土的裂隙开展程度有显著的抑制作用,在掺砂率小于30%时,掺砂率越大,抑制效果越好.

关键词：膨胀土裂隙演化定量分析掺砂改良抑制作用

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三峡库区紫色土干缩裂隙形态几何尺寸效应

农业工程学报 2023年第24期39卷 117-126页

作者：黎桉君汪时机李贤张起勇肖雪张静向阳刘川西南大学工程技术学院重庆400715 丘陵山区农业装备重庆市重点实验室重庆400715 西南大学地理科学学院重庆400715

紫色土是一种广泛分布于三峡库区的农业土壤,易在降雨-蒸发循环作用下产生干缩裂隙,严重影响土壤的水力和力学性能,并加剧水土流失等自然灾害的发生。几何尺寸是影响紫色土裂隙发育的主要因素,基于响应面设计对13组不同厚度和直径的紫... 详细信息

紫色土是一种广泛分布于三峡库区的农业土壤,易在降雨-蒸发循环作用下产生干缩裂隙,严重影响土壤的水力和力学性能,并加剧水土流失等自然灾害的发生。几何尺寸是影响紫色土裂隙发育的主要因素,基于响应面设计对13组不同厚度和直径的紫色土泥浆试样开展室内干燥试验,利用数字图像处理技术和形态学算法进行裂隙形态参数的定量表征。结果表明:1)几何尺寸对干缩裂隙的面积率、长度密度、平均宽度密度和分形维数影响极显著。厚度是影响裂隙面积和形态不规则性的主要因素,而直径对裂隙长度和宽度发育的影响较厚度更加明显。并且直径和厚度对裂隙率、平均宽度密度及分形维数存在交互影响作用;2)裂隙形态主要呈“T”型,含少量“I”和“Y”型,厚度越小,裂隙分布越密集,裂隙网络越不规则。直径越小,裂隙网络越单一,裂隙朝着土体边缘分布。单根裂隙面积占比的概率密度随着裂隙面积的增大呈指数型衰减,频率分布符合Expdec函数曲线形式;3)裂隙发育存在明显的几何尺寸效应,其平均开裂应力随着直径的增大以幂函数曲线形式减少,厚度的增大将削弱直径对平均开裂应力的几何尺寸效应。研究结果对三峡库区紫色土裂隙形态和发育机制的认识具有一定参考意义。

关键词：土壤裂隙应力紫色土响应面法几何尺寸效应平均开裂应力

机制砂和水玻璃改良弱膨胀土抗压和抗剪强度试验研究

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土木与环境工程学报（中英文） 2022年第4期44卷 60-67页

作者：付相深王齐杨振北李贤汪时机西南大学工程技术学院重庆400715

广西地区膨胀土分布广泛,在工程中危害较大,常常需要对其进行改良处治。选用机制砂和水玻璃为改良剂,在两者单独掺入和复合掺入的情况下对广西南宁地区膨胀土进行改良,并通过无侧限抗压试验和直剪试验对该膨胀土强度及刚度进行测定,结... 详细信息

广西地区膨胀土分布广泛,在工程中危害较大,常常需要对其进行改良处治。选用机制砂和水玻璃为改良剂,在两者单独掺入和复合掺入的情况下对广西南宁地区膨胀土进行改良,并通过无侧限抗压试验和直剪试验对该膨胀土强度及刚度进行测定,结果表明:机制砂和水玻璃均能提高该膨胀土的强度和刚度,且强度及刚度均随着掺量的增加而先增大后减小,复合掺入的情况下机制砂会降低水玻璃的改良效果。水玻璃最佳掺量为1%,机制砂最佳掺量为10%。进一步用不同粒径的机制砂对膨胀土进行改良发现,为提高该膨胀土的强度,掺入机制砂的粒径不宜大于0.5 mm。研究结果验证了利用水玻璃改良膨胀土和机制砂代替天然风化砂改良膨胀土的有效性。

关键词：膨胀土机制砂水玻璃抗压强度抗剪强度

砂质黏性紫色土粒组缺失对降低持水特性的影响

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农业工程学报 2023年第24期39卷 134-143页

作者：汪时机曹俊嘉李贤张起勇杨寻蒋文君肖雪向阳西南大学工程技术学院重庆400715

紫色土结构松散、具高生产性,但具有较弱的抗侵蚀能力,侵蚀后表现出土壤干密度减小、细颗粒流失严重等现象,影响其持水特性。为探讨紫色土降雨侵蚀后土壤持水特性的变化,该研究选取砂质黏性紫色土在降雨条件下最易变化的3组粒组(>0.250~... 详细信息

紫色土结构松散、具高生产性,但具有较弱的抗侵蚀能力,侵蚀后表现出土壤干密度减小、细颗粒流失严重等现象,影响其持水特性。为探讨紫色土降雨侵蚀后土壤持水特性的变化,该研究选取砂质黏性紫色土在降雨条件下最易变化的3组粒组(>0.250~0.500、>0.075~0.250、0~0.075 mm),开展广义吸力范围内粒组缺失的土-水特征曲线(soil-water characteristic curve,SWCC)试验,分析粒组缺失对砂质黏性紫色土持水特性的影响。结果表明:1)粒组缺失会降低土体持水特性,在边界效应区和过渡区最为明显,残余区影响较小。缺失粒组质量分数与进气值和残余含水率呈反比;2)使用粒径参数(限制粒径、平均粒径、中值粒径、有效粒径)表征土体级配状况,建立土体级配曲线与SWCC特征值的关系,发现除有效粒径,其余参数均与进气值和残余值呈线性反比关系;3)使用Fredlund-Xing模型对不同方法所得数据进行拟合,发现使用单一试验方法所得数据结果拟合优度较高,但SWCC明显偏离其余试验数据点。提出获得准确的紫色土全吸力SWCC仅需确定吸力最大值,并引入3种评价指标进行验证,拟合结果表明,此方法可有效缩短SWCC试验周期,为SWCC在三峡库区紫色土地区的工程运用提供了可靠的思路。

关键词：土壤粒径模型土-水特征曲线紫色土非饱和土粒组缺失

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不同覆盖方式对土壤水热分布的影响

土壤通报 2022年第1期53卷 74-80页

作者：蒋文君康银红陈瑶汪时机西南大学工程技术学院重庆400715 四川农业大学水利水电学院四川雅安625014

【目的】覆盖会影响土壤水、热分布,研究不同覆盖方式对土壤水热分布的影响,可为不同作物选择合适的覆盖方式控制土壤水热状态提供参考。【方法】用田间试验测定不同覆盖方式下玉米农田土壤的温度、含水率与蒸发量,比较测定数据探究不... 详细信息

【目的】覆盖会影响土壤水、热分布,研究不同覆盖方式对土壤水热分布的影响,可为不同作物选择合适的覆盖方式控制土壤水热状态提供参考。【方法】用田间试验测定不同覆盖方式下玉米农田土壤的温度、含水率与蒸发量,比较测定数据探究不同覆盖方式对土壤水、热分布影响的特征。共设5个试验处理,无覆盖、地膜覆盖、1.5 cm落叶覆盖、3.0 cm落叶覆盖、4.5 cm落叶覆盖。试验于夏季完成。【结果】研究表明:相同覆盖时间,地膜覆盖5 cm土层日温差较大、温度变化剧烈,落叶覆盖土壤日温差较小、温度变化相对平缓;地膜覆盖使5 cm土层温度上升,落叶覆盖使土壤温度下降且落叶覆盖厚度越大降温效果越明显;覆盖改善了土壤的保水性,落叶覆盖使5 cm土层含水率呈现出升高趋势;与无覆盖处理相比,地膜覆盖和1.5 cm、3.0 cm及4.5 cm落叶覆盖使土壤水分累计蒸发量分别减少了43.61%、25.03%、27.19%、30.96%;不同覆盖方式下土壤水分累计蒸发量随时间的变化规律可用指数方程表征。【结论】对于农田土壤,地膜覆盖增温节水,落叶覆盖降温节水且覆盖厚度越大作用越明显。

关键词：土壤温度蒸发量保水性地膜覆盖落叶覆盖

三峡库区砂质黏性紫色土强度劣化规律试验研究

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西南大学学报:自然科学版 2023年第10期45卷 149-159页

作者：肖雪汪时机杨寻李贤黎桉君夏浩城西南大学工程技术学院重庆400715 重庆市建筑物全生命周期健康检测与灾害防治工程研究中心重庆408100

为揭示三峡库区周期性干湿交替作用对紫色土强度的影响机制,研究干湿循环次数、细颗粒(d<0.075 mm)含量以及质量含水率三因素对紫色土三轴抗剪强度特性的影响,通过试验数据回归分析,提出干湿循环作用下砂质黏性紫色土黏聚力劣化程度的... 详细信息

为揭示三峡库区周期性干湿交替作用对紫色土强度的影响机制,研究干湿循环次数、细颗粒(d<0.075 mm)含量以及质量含水率三因素对紫色土三轴抗剪强度特性的影响,通过试验数据回归分析,提出干湿循环作用下砂质黏性紫色土黏聚力劣化程度的定量表达式.试验结果表明:①干湿循环作用对黏聚力的影响远大于摩擦角,其中,第7次循环黏聚力下降24.87%,内摩擦角下降幅度为11.17%.在干湿循环达5次以后,强度参数基本保持不变,土体结构也基本趋于稳定.②随着质量含水率从18%降低至6%,试样黏聚力增加38.81%,内摩擦角增加32.85%,证明质量含水率对试样抗剪强度参数有重要影响.细颗粒含量对强度参数的影响较小,随着细颗粒含量的增加,黏聚力也逐渐增加,对摩擦角影响无明显变化规律,但总体呈下降趋势.③根据二次多元回归拟合及方差分析,三因素对抗剪强度以及参数均有影响作用,根据p值大小进行显著性分析,含水率的强度参数的影响高于另外两因素的影响,且三因素对试样黏聚力的影响高于摩擦角;该研究结果对揭示土体抗剪强度的劣化机制有重要参考意义.

关键词：强度指标干湿循环细颗粒含量质量含水率三轴剪切试验强度劣化

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三峡库区紫色土土-水特征曲线模型对比研究

西南大学学报（自然科学版） 2023年第8期45卷 201-210页

作者：杨寻汪时机李贤黎桉君夏浩城张继伟西南大学工程技术学院重庆400715 重庆市建筑物全生命周期健康检测与灾害防治工程研究中心重庆408100

土水特征曲线(SWCC)本构模型是非饱和土力学研究中重要的本构关系,它是反映非饱和土持水特性的重要表征曲线.SWCC的影响因素很多,外部因素如应力状态、气候变化等,内部因素如干密度、孔隙连通状态、矿物成分等.本文基于滤纸法试验,测定... 详细信息

土水特征曲线(SWCC)本构模型是非饱和土力学研究中重要的本构关系,它是反映非饱和土持水特性的重要表征曲线.SWCC的影响因素很多,外部因素如应力状态、气候变化等,内部因素如干密度、孔隙连通状态、矿物成分等.本文基于滤纸法试验,测定三峡库区重庆段非饱和紫色土土水特征曲线,考虑其拟合参数对于分析非饱和土的持水特性具有重要意义,采用Gardner、van Genuchten、Fredlund-Xing、双应力变量广义土水特征曲线模型(W-G)等4种模型对试验结果进行拟合,通过整体拟合与分点拟合对比验证W-G模型的拟合效果;进而依据W-G模型探讨初始干密度对非饱和紫色土土水特征曲线的影响规律.结果表明:①从整体拟合来看van Genuchten和W-G模型拟合效果最好;从分点拟合来看,与van Genuchten模型相比,W-G模型的拟合精度更好且更稳定,对试验数据量的依赖程度较低.②初始干密度对非饱和紫色土土水特征曲线有较显著的影响;干密度大的土样具有较低的初始饱和含水率、较高的进气值和良好的持水性能,SWCC形态平缓;与土体进气值相关的参数α随干密度增大呈幂函数减小,土壤的实际残余含水率随干密度增大呈线性增长.W-G模型可以很好地描述和预测非饱和紫色土的持水特性,特别适用于试验数据点不多的情况.

关键词：非饱和紫色土土水特征曲线初始干密度持水特性滤纸法