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考虑体变特征的遗址土脱湿过程持水特性

岩土工程学报 2022年第3期44卷 456-463页

作者：张悦叶为民上海大学文化遗产保护基础科学研究院上海200444 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092

作为土遗址最常见的病害,表层结皮龟裂及剥离严重威胁文物本体的存续,然而目前有关其形成过程和内在机理的系统研究仍显不足。以世界文化遗产--交河故城为对象,开展泥浆样的自由收缩试验和压汞试验,从宏、微观角度综合探究试样在干燥过... 详细信息

作为土遗址最常见的病害,表层结皮龟裂及剥离严重威胁文物本体的存续,然而目前有关其形成过程和内在机理的系统研究仍显不足。以世界文化遗产--交河故城为对象,开展泥浆样的自由收缩试验和压汞试验,从宏、微观角度综合探究试样在干燥过程中的体积变化规律;结合已有的质量含水率与基质吸力关系,建立考虑体变的修正van Genuchten(vG)模型的土水特征曲面模型;最后基于微观孔隙分布特征开展持水性预测与分析。结果表明:遗址土泥浆试样的收缩特征曲线具有多阶段特征,孔隙比随着含水率降低先快速减小,再渐趋稳定;孔径分布曲线形态经历了单峰与双峰结构互相转换的过程;脱湿土水特征曲面能够有效反映基质吸力和孔隙比对饱和度的综合影响。结果对定量揭示土遗址表面雨蚀泥浆的干缩及其后续开裂破坏等行为特征具有重要参考价值。

关键词：非饱和土干燥收缩土水特征孔径分布土遗址保护

化学溶液作用下基于压实膨润土孔隙结构演化的土水特征模型研究

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工程地质学报 2022年第2期30卷 338-346页

作者：贺勇卢普怀滕继东叶为民中南大学有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室长沙410083 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 中南大学土木工程学院长沙410075

在高放废弃物深地质处置库复杂的地下水环境影响下,缓冲/回填材料微观孔隙结构的改变通常会大大影响其水力性质。为探究这种影响,众多学者从不同理论出发,建立了相应的土水特征模型。然而,针对这些模型的对比研究较少,且缺少将模型应用... 详细信息

在高放废弃物深地质处置库复杂的地下水环境影响下,缓冲/回填材料微观孔隙结构的改变通常会大大影响其水力性质。为探究这种影响,众多学者从不同理论出发,建立了相应的土水特征模型。然而,针对这些模型的对比研究较少,且缺少将模型应用于考虑化学影响的情况。在压实膨润土微观结构分析的基础上,基于分形理论和双孔理论,分别构建了压实膨润土土水特征预测模型,然后基于不同浓度NaCl溶液处理后压实GMZ膨润土的压汞试验数据,用两种模型预测其土水特征曲线,并与实测曲线进行比较。研究结果表明:两种模型均适用于预测化学溶液作用下压实膨润土的土水特征曲线;经历干湿循环使压实膨润土孔径趋于均一,导致其土水特征曲线为单峰形式,试样的持水作用由小孔主导,故相较于双孔持水的实测试样,预测试样在低吸力范围内持水能力较低;与蒸馏水处理后相比,盐溶液导致集聚体间孔隙减少,在相同基质吸力下试样的含水量降低;而在高浓度盐溶液处理后,由于孔隙流体通道增加和压实膨润土内部产生微裂隙,试样在高吸力范围内的持水性略有增强。

关键词：压实膨润土土水特征化学溶液双孔结构分形理论

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南阳膨胀土冻融循环后的土水特征试验研究

长江科学院院报 2019年第2期36卷 91-96页

作者：王也王建磊鲁洋梁妍河海大学水利水电学院南京210098 中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司长沙410014 江苏省镇江市京口区农业委员会江苏镇江212000

南水北调中线工程的膨胀土渠道容易遭受季节性冻融的影响。为探究冻融作用对膨胀土土水特征的影响规律,以南阳膨胀土为试验对象,采用滤纸法测定经历不同冻融次数的膨胀土土样的总吸力和基质吸力,绘制其试验散点图,并分别采用VG模型和幂... 详细信息

南水北调中线工程的膨胀土渠道容易遭受季节性冻融的影响。为探究冻融作用对膨胀土土水特征的影响规律,以南阳膨胀土为试验对象,采用滤纸法测定经历不同冻融次数的膨胀土土样的总吸力和基质吸力,绘制其试验散点图,并分别采用VG模型和幂函数模型对基质吸力及总吸力与土体含水率的关系进行拟合。结果表明:随着冻融循环次数的增加,基质吸力和总吸力土水曲线整体向左下方偏移,进气值逐渐减小,持水性能降低;渗透吸力在含水率增大时逐渐减小,但不同冻融次数的渗透吸力数值并无显著差别;采用VG模型和幂函数模型分别拟合本试验中的基质吸力土水曲线和总吸力土水曲线,相关系数高,形式简单,模型参数在冻融循环中逐渐趋于稳定值。研究成果可供处在季节性冻土区的膨胀土工程建设及维护提供参考。

关键词：膨胀土冻融循环土水特征滤纸法总吸力基质吸力曲线拟合

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黄土结构屈服损伤与其土水特征的关系

地下空间与工程学报 2020年第1期16卷 73-79,148页

作者：褚峰邵生俊西安工程大学环境与化学工程学院西安710048 西安理工大学岩土工程研究所西安710048

通过非饱和土固结仪对原状黄土进行土水特征、压缩变形特性的试验研究,系统分析了原状黄土结构屈服损伤特性与其土水特征之间的关系。试验结果表明,原状黄土基质吸力随着竖向净压力的增大呈先增大后减小的变化趋势。定义基质吸力临界压... 详细信息

通过非饱和土固结仪对原状黄土进行土水特征、压缩变形特性的试验研究,系统分析了原状黄土结构屈服损伤特性与其土水特征之间的关系。试验结果表明,原状黄土基质吸力随着竖向净压力的增大呈先增大后减小的变化趋势。定义基质吸力临界压力,发现基质吸力临界压力随着含水量的增大而减小。通过原状黄土及相应的饱和正常固结黄土的压缩曲线特征提出一种确定原状黄土结构屈服压力的新方法,该方法具有受压缩曲线形状影响较小、精度较高且作图简便等特点。统计得到原状黄土基质吸力临界压力与其结构屈服压力近似相等,进一步分析原状黄土结构屈服损伤破坏机理。

关键词：原状黄土结构屈服土水特征基质吸力临界压力

不同力水作用路径下黄土的变形土水特征及侧压力系数

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不同力水作用路径下黄土的变形土水特征及侧压力系数

作者：孙亚榕西安理工大学

学位级别：硕士

黄土在我国分布广泛,山于其结构性、大孔隙性及水敏性等造成的湿陷性,使其在力和水的作用下常产生变形突增,强度降低等灾害,而力水作用路径对其工程性质都有较大影响。因此,论文通过一系列试验研究黄土在不同力水作用路径下的变形土水... 详细信息

黄土在我国分布广泛,山于其结构性、大孔隙性及水敏性等造成的湿陷性,使其在力和水的作用下常产生变形突增,强度降低等灾害,而力水作用路径对其工程性质都有较大影响。因此,论文通过一系列试验研究黄土在不同力水作用路径下的变形土水特征以及静止土压力系数。论文对原状非饱和黄土在等向应力及偏应力条件下进行了先增湿后加载和先加载后增湿两种力水作用路径的试验,分析了先增湿后加载路径下吸力对等向压缩变形特性指标的影响,吸力及净围压对偏应力及体应变与轴应变关系的影响,分析了增湿时体积湿陷系数及轴向湿陷系数与净围压的关系,揭示了宜采用体应变变化计算湿陷量:先加载后增湿路径下,分析了净围压及偏应力对体积、轴向增湿变形与吸力损失量关系,及以含水率及饱和度与吸力关系表征的土水特征曲线的影响,揭示了不同应力条件下以饱和度与吸力关系表征的土水特征曲线可采用考虑力水作用引起孔隙比变化的修正V-G模型进行描述;分析了力水作用路径对原状黄土的变形、屈服特性以及土水特征曲线的影响,揭示了力水作用路径对饱和土偏应力应变关系的影响与净围压大小有关,常吸力加载屈服线LC与常应力吸力减小SD 屈服线并不重合。在侧限条件下对重塑黄土进行了先增湿后加载和先加载后增湿两种力水作用路径的试验,分析了先增湿后加载路径下含水率及干密度对压缩特性及静止土压力系数的影响,揭示了引入屈服应力可使不同干密度及含水率条件下孔隙比及静止土压力系数与应力比关系曲线归一,并提出了其归一化表达式。;分析了先加载后增湿路径下干密度对增湿应变及静止土压力系数的影响,揭示了侧向应力及相应的k0值在增湿过程中缓慢增大。对比分析不同力水作用路径下的变形特性及静止土压力系数,揭示了先加载后增湿路径下增湿到饱和的变形小于先增湿后加载路径下的压缩变形,而力水路径的不同对饱和试样最终的k0值影响很小。

关键词：黄土先增湿后加载先加载后增湿增湿变形土水特征静止土压力系

三轴应力条件下增湿时原状黄土的力学特性及土水特征

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三轴应力条件下增湿时原状黄土的力学特性及土水特征

作者：赵杰西安理工大学

学位级别：硕士

黄土具有较强水敏性,围绕水敏性研究黄土在增湿、加荷的不同变化下的变形发展与强度变化特性及其水气渗透特性,并使这些研究与现代非饱和土力学的发展相结合,对寻求黄土土力学的理论支撑、解决黄土工程问题具有重要的理论意义与实际价... 详细信息

黄土具有较强水敏性,围绕水敏性研究黄土在增湿、加荷的不同变化下的变形发展与强度变化特性及其水气渗透特性,并使这些研究与现代非饱和土力学的发展相结合,对寻求黄土土力学的理论支撑、解决黄土工程问题具有重要的理论意义与实际价值。鉴于此,本文对非饱和原状黄土进行了控制吸力的固结排水三轴剪切试验、常三轴应力分级增湿试验及三轴应力条件下渗气试验,对比分析了常吸力加荷与常应力增湿两种条件下原状黄土的变形、强度及屈服特性;探究了常应力增湿条件下原状黄土的土水特征与水气渗透特性。主要的研究工作与成果如下所述。(1)基于控制吸力固结排水三轴剪切试验,分析了吸力对原状黄土等向压缩特性与屈服特性的影响,得到了吸力与压缩性指标(弹性指数、压缩指数、屈服应力)之间的关系;分析了吸力对应力-应变及临界状态特性的影响,得到了原状黄土的抗剪强度参数与吸力之间的关系;分析了等向压缩与三轴剪切过程中饱和度的变化特性,揭示了三轴应力对土水特征的影响。(2)基于常三轴应力分级增湿试验,分析了三轴应力条件下分级增湿时应变与吸力之间关系,探讨了三轴应力对原状黄土屈服与强度特性的影响,揭示原状黄土水敏性体现出的湿压和湿剪特性;分析了饱和原状黄土两种力水路径下的应力应变及临界状态特性,探讨了力水路径对饱和原状黄土临界状态的影响;得到了三轴应力条件下描述以饱和度与吸力关系表征的土水特征修正V-G模型,探讨了力水路径对饱和原状黄土临界状态特性的影响;揭示了三轴应力对渗水系数与吸力及饱和度关系皆有明显的影响,而其对相对渗水系数与吸力比及饱和度关系的影响皆很小,且可近似用同一增湿渗水函数描述。(3)基于三轴应力条件下渗气试验,提出了直接考虑含水率及三轴应力影响的渗气函数,揭示了三轴应力对渗气系数与饱和度及体积含气率关系皆有较大的影响,而其对相对渗气系数与饱和度及相对体积含气率关系的影响皆很小,且可用间接考虑应力与湿度影响的同一渗气函数进行描述;揭示了三轴应力对渗水渗气系数之比与饱和度关系的影响较小,可近似用同一指数函数来描述。

关键词：原状黄土增湿常三轴应力土水特征渗水渗气

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湿载作用下黄土的力学特性及土水特征研究

湿载作用下黄土的力学特性及土水特征研究

作者：庞腾腾西安理工大学

学位级别：硕士

黄土是具有显著水敏性的典型非饱和土。基于现代非饱和土力学理论与方法,围绕水敏性来研究黄土力和水作用顺序对力学特性的影响以及水力耦合对水力特性的影响,对寻求解决涉水相关的黄土工程问题具有重要的理论意义和实用价值。因此,本... 详细信息

黄土是具有显著水敏性的典型非饱和土。基于现代非饱和土力学理论与方法,围绕水敏性来研究黄土力和水作用顺序对力学特性的影响以及水力耦合对水力特性的影响,对寻求解决涉水相关的黄土工程问题具有重要的理论意义和实用价值。因此,本文通过室内试验,研究黄土在湿载作用下的变形、强度、渗透特性及土水特征。开展了先湿后载和先载后湿再载两种力水路径下的三轴试验,分析了吸力、力水路径及增湿偏应力对等向压缩特性及三轴剪切变形强度、屈服及临界状态特性的影响,探讨了抗剪强度指标及有效应力参数χ、φ与吸力的关系;分析了等向压缩与三轴剪切过程中饱和度的变化特性,探究等向压缩应力与三轴剪切应力对饱和度与吸力关系表征的土水特征曲线的影响,揭示了压缩及剪切增湿时土水特性变化规律。基于原状黄土的常等向压缩应力分级增湿试验,分析了增湿变形与吸力损失量及含水率之间关系,得到了等向压缩应力与屈服吸力及增湿变形特性指标之间的关系;分析了等向压缩应力条件下分级增湿时含水率与吸力关系、饱和度与吸力关系表征的土水特征,探讨等向压缩应力对Van Genuchten模型参数的影响;基于水气联合测定原理确定了增湿时的渗水系数,揭示了等向压缩应力对渗水系数与吸力及饱和度关系皆有明显的影响,而其对相对渗水系数与吸力比及饱和度关系的影响皆很小,且可近似用同一增湿渗水函数描述。基于三轴应力条件下不同湿度原状黄土的渗气试验,分析了含水率、等向压缩应力、三轴剪切应力对渗气系数与饱和度及体积含气率关系的影响,得到了直接考虑含水率、围压及剪应力水平的渗气系数表达式,揭示了不同等向压缩及三轴剪切应力条件下渗气系数与修正气体饱和度及相对渗气系数与饱和度近似归一化关系;另外,针对西安、兰州、伊犁地区重塑黄土开展了三轴应力条件下渗气试验,探讨了三个地区不同干密度和含水率的重塑黄土的渗气特性,并且分析了渗气系数与三轴应力、饱和度及体积含气率之间的关系,对比研究了不同地区渗气函数参数的差异性,验证了提出的考虑水力耦合影响的渗气模型针对不同地区黄土的适用性。

关键词：黄土力水路径增湿变形强度临界状态屈服特性土水特征渗水渗气

侧限及三轴应力条件下增湿时黄土的变形土水特征及渗水特性研究

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侧限及三轴应力条件下增湿时黄土的变形土水特征及渗水特性研究

作者：张文博西安理工大学

学位级别：硕士

黄土是一种第四纪沉积物,在我国分布十分广泛;黄土由于其水敏性,大孔隙性,结构性等所造成的强烈湿陷性,使土体在力和水的作用下常会发生强度突然降低、变形大幅度增大的状况。而实际工程总的土体常处于非饱和状态,气候、自然环境的变化... 详细信息

黄土是一种第四纪沉积物,在我国分布十分广泛;黄土由于其水敏性,大孔隙性,结构性等所造成的强烈湿陷性,使土体在力和水的作用下常会发生强度突然降低、变形大幅度增大的状况。而实际工程总的土体常处于非饱和状态,气候、自然环境的变化及人为因素都会改变土体的含水率,使土体的强度和变形发生变化,危害工程建设的安全。因此在不同应力条件下对原状非饱和黄土进行增湿试验,研究黄土增湿时的变形特性、土水特征及渗透特性具有十分重要的理论和实际意义。论文对原状非饱和黄土,在三轴应力条件下进行了一系列分级增湿试验,分析了剪应力水平和净平均应力对增湿应变(增体应变、增湿轴向应变)与含水率及吸力损失量关系的影响,描述了应变比(增湿前应变量与总应变量的比值)与吸力损失量关系的函数表达式:分析了剪应力水平和净平均应力对增湿时的土水特征(饱和度与吸力关系、含水率与吸力关系)和深水特性 (深水系数与饱和度关系、深水系数与吸力关系)的影响,不同应力条件下饱和度、含水率比(含水率与饱和含水率比值)与吸力比(吸力脱气值的比值)关系,饱和度、吸力比与相对深水系数(深水系数与饱和深水系数的比值) 关系可以归一,并建立了描述应力作用下原装黄土增湿时的土水特征及渗水特性的函数表达式,对于重塑黄土,进行了无侧线抗压强度试验、可测量侧向应力的K0固结试验及不同侧瞰应力条件下分级增湿试验。基于汜侧限抗压强度试验,建立了初始结构性参数与静止:土压力系数之间的函数关系。基于K0固结试验,分析了干密度、含水率、应力及加卸载路径对压缩、湿陷变性和静止土压力系数的影响,提出了描述不同干密度、不同含水率下孔隙比与初始孔隙比的比值与应力比(应力与屈服应力的比值)关系的归一化函数表达式,确定了不同条件下正常固结土的静止土压力系数计算卸荷及再加荷时土体的静止土压力系数的函数关系中的参数及其变化规律。通过对比单线法和双线法下的湿陷系数,发现力、水作用路径对湿陷系数有较大影响,单线法的湿陷系数要小于双线法。

关键词：黄土增湿变形土水特征渗水特性静止土压力系数

制样含水率对兰州压实黄土的土水特征及变形强度特性的影响

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制样含水率对兰州压实黄土的土水特征及变形强度特性的影响

作者：王俊甫西安理工大学

学位级别：硕士

黄土是一种特殊土,进行土料填筑时,常将最优含水率附近的土料压至同一密实度,降雨和蒸发过后,运行阶段同层土虽具有相同含水率,但土体内部宏观结构却不同,从而造成土体工程特性的不同。因此,研究压实含水率不同对压实黄土变形强度等特... 详细信息

黄土是一种特殊土,进行土料填筑时,常将最优含水率附近的土料压至同一密实度,降雨和蒸发过后,运行阶段同层土虽具有相同含水率,但土体内部宏观结构却不同,从而造成土体工程特性的不同。因此,研究压实含水率不同对压实黄土变形强度等特性的影响,对解决压实黄土的工程问题很有意义。以兰州黄土为对象,对同一干密度（一定压实度）不同制样含水率（最优含水率附近）的试样,增减湿到相同试验含水率后进行力学及水力特性试验,研究了压实黄土的变形强度及土水特性。论文首先通过不同条件下的无侧限压缩试验,分析了制样含水率引起的结构性变化对不同试验含水率压实黄土的应力-应变、强度特性及结构性参数的影响。初始结构性参数可以很好反映制样含水率及试验含水率对压实黄土结构性的共同影响,不同制样含水率下无侧限抗压强度与初始结构性参数之间具有良好的归一性,符合线性函数关系。通过控制吸力的侧限压缩试验及侧限应力下的分级增减湿试验,分析了制样含水率引起的结构性变化及力水作用路径对不同吸力压实黄土的压缩及湿陷变形特性、土水特征的影响。不同制样含水率下结构屈服压力与初始结构性参数之间具有良好的归一性,可以用双曲线来描述。不同条件下的孔隙比比值和压缩应力比值具有良好的归一性。通过不同条件下的固结排水三轴剪切试验,分析了围压,制样及试验含水率对压实黄土的变形强度及屈服特性的影响以及制样及试验含水率对临界状态特性的影响。强度指标与初始结构性参数之间具有良好的归一性,符合幂函数关系。q-p平面上不同条件下的屈服线近似为对称于k0线的倾斜椭圆。通过小主动主应力保持不变的平面应变三轴剪切验,分析了含水率及小主动应力对压实黄土变形强度及平面应变方向主应力的影响,验证了平面应变条件下几个典型破坏准则的中主应力公式的适应性,提出了描述平面应变方向主应力的计算公式。对比分析了平面应变与常规三轴两种应力状态变形强度特性之间的关系,并给出了基于Lade-Duncan准则的两种应力状态强度指标之间的关系式。

关键词：压实黄土制样含水率变形强度土水特征侧限压缩常规三轴平面应变