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对非饱和土降雨入渗过程及其致灾机制的深入认识有赖于室内外试验及多物理量联合监测。基于离心机超重力环境下土体响应监测技术,开展了非饱和黄土地基降雨入渗离心模型试验,测试研究了超重力环境对新研制的微型TDR探针及张力计测量的影响规律,并利用TDR、张力计及弯曲元对降雨入渗过程中土体响应进行多物理量联合监测。研究结果表明:在不同离心加速度下微型TDR探针与给定含水率土体实测原始波形重合,说明超重力环境对TDR测试没有影响,含水率的测试误差在2%以内。在离心机加速过程中,张力计所测吸力下降约2.0~2.9 kPa,当离心加速度稳定在40g时,所测吸力在10min内上升并接近常重力下土体初始吸力。在降雨入渗过程中,埋设在同一深度的TDR探针、张力计和弯曲元对湿润锋响应的时间点基本一致,降雨入渗导致土体含水率增加,基质吸力降低,剪切波速降低。这些多物理量监测数据有助于建立非饱和土含水率-吸力-剪切模量之间的关系。 相似文献
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与地下水位以下的饱和黄土力学性质相比,包气带黄土力学性质具有不同的表征参数和测试方法,其对黄土斜坡渗流场和稳定性的影响不容忽视.以甘肃黑方台地区黄土为例,分别采用张力计和轴平移技术量测了黄土的部分区段土-水特征曲线,依据Gardner、Van Genuchten和Fredlund and Xing 3种经验公式对轴平移测试数据进行拟合,获取了完整的土-水特征曲线.基于GDS多功能三轴仪,通过控制基质吸力的三轴剪切试验,获取了考虑基质吸力的黄土强度参数.结果显示:张力计和轴平移技术量测的部分区段土-水特征曲线具有相近的曲线形态,但张力计曲线位于轴平移技术曲线的上方;当基质吸力由100kPa减小至20kPa时,黄土内摩擦角减小约1°,粘聚力下降近22kPa;拟合所得的黑方台地区黄土的基质吸力摩擦角为15.6°.试验为进行黑方台黄土斜坡的非饱和渗流和稳定性分析提供了参数. 相似文献
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非饱和土土水特征曲线(SWCC)测试与预测 总被引：3，自引：0，他引：3
非饱和土土水特征曲线(SWCC)表示了土中含水量与吸力之间的关系。文章介绍了6种常用方法,各有其适用范围。体积压力板仪可量测最大基质吸力值为1500kPa的干燥曲线和浸湿曲线;超过1500kPa时,可用盐溶液法进行量测;Tem-ple仪可量测基质吸力达100kPa的干燥曲线;滤纸法可用于测量土体的基质吸力与总吸力;Dew-point电位计可用于量测土样总吸力变化,尤其适合渗透吸力的量测;TDR探头适合于量测小于300kPa的基质吸力。用GDS非饱和土三轴仪可以进行SWCC测试,测试范围主要取决于陶土板的进气值。用准确的数学模型对测得的含水量、吸力数据进行拟合,对于预测非饱和土力学性质、渗透系数、抗剪强度及分析边坡稳定性有重要意义。由于准确测试SWCC难度较大,并且测试影响因素较多,所以根据土体孔隙大小分布和颗粒大小分布情况预测SWCC,也是一种较好的方法。 相似文献
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晚更新世黄土渗透性的各向异性及其机制研究 总被引：3，自引：0，他引：3
非饱和黄土的渗透性是非饱和黄土性质的重要组成部分。研究黄土不同方向的渗透性对确定其湿陷范围和由于水的渗透引起的黄土滑坡具有很重要的理论意义。研究了黄土渗透性的各向异性特征及其机制。以具有明显各向异性的西安Q3原状黄土为研究对象,用TEN型张力计测量了黄土试样不同方向的、不同含水率下的吸力;用变水头渗透试验测量了黄土竖直和水平方向的饱和渗透系数。结果表明,当体积含水率在23%～41%时,张力计沿不同方向插入土样所测吸力相差不大;竖直方向的饱和渗透系数是水平方向的4.02倍。在吸力测量的基础上,根据土-水特征曲线,确定了竖直和水平方向的非饱和黄土的渗透系数。得出在黄土不同方向,随着吸力的增大或减小,渗透系数减小或增大;竖直方向的渗透系数普遍地大于水平方向的渗透系数;当吸力小于57 kPa时,随着吸力的增大,竖向渗透系数与水平向渗透系数的差值减小。通过观测黄土的结构,得出黄土结构对其渗透性有重要影响。 相似文献
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动力离心试验的先进性和有效性已在国内外岩土地震工程界形成广泛共识,但其优越性的充分发挥需要可靠量测技术作为基础。总结了动力离心试验点位式量测技术常发生的故障形式,探讨了孔隙水压、加速度和位移3种常规点位式传感器设计和量测改进方法,用以提高试验数据可靠性,采用分体式结构孔隙水压力计增强了故障应急能力和试验可控性,用真空去离子饱和法提高透水石饱和速率和质量,加速度计采用分体式结构,提高了试验操作性和核心元件利用率,采用橡胶密封技术减小了动荷载中沉降和倾斜发生率。提出加速度计和位移计联合测试与布设方法,可以获取更为准确的土体内侧向位移变化过程,具有较好灵活性。 相似文献
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土体渗透性参数的测定是解决与水有关的岩土工程问题的关键所在。为使现场原状土体饱和渗透系数的测定更为准确,通过一种易于安装和固定的防蒸发型双环入渗仪,研究黄土的入渗规律与特点,试验结果表明:黄土的入渗分区可分为饱和区、湿润区与干土区,其中饱和区的入渗深度约占总入渗深度的1/2,而湿润区土体的饱和度在70%以上,这一特征与Green-Ampt入渗模型的假设较为接近,但在应用基于Green-Ampt模型的规范法（SL237-042-1999）求取黄土的饱和渗透系数时,发现该法会高估黄土的饱和渗透系数。因此,结合Green-Ampt入渗模型与土水特征曲线主要增湿路径的特点,提出了能合理测定现场黄土饱和渗透系数的双环入渗法,对Green-Ampt入渗模型参数加以修正,即直接采用干土区的初始基质吸力水头值,且该值由张力计实测或由主要增湿曲线求得;需采用入渗试验前期的平均入渗率;所对应的湿润锋发展深度需经由水分传感器实测而得。研究结果表明该法能合理估算现场黄土的饱和渗透系数。 相似文献
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非饱和粉质粘土固结压缩特性及体变试验研究 总被引：2，自引：0，他引：2
为进一步研究与基质吸力相关联的非饱和土固结压缩特性,扩展非饱和土固结理论在工程实际中的适用性,通过分析非饱和粉质粘土水土特征曲线变化规律,对非饱和土固结变形机理进行研究。试验结果表明：非饱和土的最终沉降量仅与土骨架的压缩模量有关。对于不同饱和度的非饱和土而言,固结速度随初始饱和度的增加而减小,饱和土固结过程所需要的时间比非饱和土固结过程所需要的时间短。由于孔隙流体的压缩性导致高饱和土体的瞬时沉降比低饱和土体的瞬时沉降小,但高饱和土体的后期固结沉降受饱和度和吸力的影响,比低饱和土体要大得多。
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以非饱和土张力计原理为基础,制作了一种新型的基质吸力量测装置,并通过实测过程的不断总结与改进,得到了一种成本低廉、制作简单、操作便利、试验快速和结果可靠的非饱和土基质吸力量测装置,以此装置测定了不同体积含水率、不同压实度和干湿循环后粉土的基质吸力变化规律,得到了不同压实度粉土的土-水特征曲线,并通过Origin软件中的Boltzmann模型进行拟合对比分析,得到了与压实度相关的土-水特征曲线,比较了不同压实度粉土的含水率变化对基质吸力的不同影响特点。试验结果表明,干湿循环对粉土的基质吸力和强度有很大影响。 相似文献
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大量的非饱和土干湿循环试验表明,当土体处于吸湿过程直至吸力降低为0 kPa时,土体并不能达到完全饱和状态,还存在一定的残余气体。在高饱和度时,由于残余气体以封闭气泡的形式分布在土体中,土体呈现较大的压缩性,使其与饱和土的性质不同。在这种状态下,现有的非饱和土本构模型预测到的土饱和度为100%,与试验结果存在一定的偏差。为了使本构模型在高饱和度状态时具有较高的精度,对非饱和土的毛细滞回和塑性变形耦合本构模型进行了修正,使其能够考虑残余含气量的影响。通过预测与实测结果比较,证明了新模型能够有效地模拟残余含气量对非饱和土力学特性的影响。 相似文献
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针对传统仪器无法考虑岩土工程中温度和荷载等因素综合作用的缺陷,研制了一套多功能土-水特征曲线试验仪。以粉土为研究对象,开展了不同固结应力作用下粉土的土-水特征曲线试验,并测量其增减湿过程中土体的体积胀缩量,以便修正体积变化对其体积含水率的计算误差。结果表明,粉土在减湿过程中,土体的体积发生明显的收缩。其收缩量与固结应力水平有关,固结应力越小,则减湿引起的体缩量越大。但土体在增湿过程中的体积则基本保持不变。固结应力对粉土 土-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。最后,为揭示固结应力对土的持水性能的影响机制,开展了不同固结应力作用下土体的细观试验。结果表明,固结应力主要改变了土体团粒间的大孔隙,而对黏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湿速率。 相似文献
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Zhong-Sen Li Assia Benchouk Feth-Ellah Mounir Derfouf Nabil Abou-Bekr Said Taibi Hanène Souli Jean-Marie Fleureau 《Acta Geotechnica》2018,13(1):51-71
The main objective of this paper is to examine how different engineering soils react to environmental variations and to provide correlations to characterize their behaviour under null external mechanical stress. Two French and two Algerian soils with liquid limits ranging from 36 to 112 were prepared under both slurry and Proctor compaction conditions, and then subjected to drying–wetting paths with suction controlled from several kPa to several hundreds of MPa. Experimental results are presented in five diagrams to show globally and simultaneously the shrinkage–swelling, saturation–desaturation and water retention characteristics. A reasonable consistency was observed between the oedometric and drying curves of slurry, confirming the equivalence between hydraulic loading (suction) and mechanical loading (consolidation stress) on the volume change behaviour of different soils. As an intrinsic parameter of soil nature, liquid limit was found to have a significant influence on the shrinkage limit, air-entry suction and compressibility of both slurry and compacted samples. For that reason, correlations between these characteristics and liquid limit were set up, providing a good basis for a first estimation of the drying–wetting curves. At the micro-scale, new experimental results were obtained: either on drying or wetting path, the micro-pores were almost unaffected, whereas, when matrix suction increased from 0.1 to 8 MPa, the volume of macro-pores decreased to quasi-closure. At last, the analogy between the compaction and drying–wetting curves, and the comparison of different methods to determine the water retention curve were addressed. Such analogies and comparisons contribute to a better understanding of the mechanisms of mechanical stress and suction. 相似文献
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网纹红土土水特征曲线试验研究及其在边坡稳定性评价中的应用 总被引：2，自引：0，他引：2
网纹红土在中国南方地区有着广泛的分布,常见于各类岩土工程中。目前对网纹红土的研究主要集中在成因和粒度特性等方面,对于其非饱和特性方面的研究相对有限。本文采用滤纸法测量不同饱和度条件下网纹红土的基质吸力,利用Van Genuchten模型得到网纹红土的干燥-浸湿过程的土水特征曲线。研究发现,由于网纹红土孔隙较小且均匀,使得网纹红土存在进气值（约为100 kPa）相对于一般黏土较大、其土水特征曲线没有明显的残余段。利用干燥-浸湿过程的土水特征曲线对一维无限边坡的干燥和浸湿过程稳定性进行研究,发现在饱和度相同的情况下,边坡处于脱湿过程的稳定性要高于吸湿过程。随着深度的增加,脱湿与吸湿过程稳定性系数相差值减小;随着饱和度的提高,两者差值也出现减小的趋势。同时,网纹红土中基质吸力对抗滑力的贡献度较大,使得网纹红土质边坡较为稳定。 相似文献
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The mechanics of water retention in unsaturated granular media is of critical importance to a broad range of disciplines including soil science, geotechnical engineering, hydrology and agriculture. Fundamental to water retention is the relationship between degree of saturation and suction, referred to as the water retention curve (WRC). The majority of WRC models are empirically based and seldom incorporate physically meaningful parameters. This study presents an analytical model for the WRC that considers separate contributions from fully filled pores and partially filled pores containing liquid bridges. A recently established unique k-gamma pore volume distribution function for randomly assembled monodisperse granular materials is adopted to determine the contributions of fully filled pores. Calculation of the contribution of residual pore water retained in partially filled pores is undertaken by representing pores as individual cells shaped as platonic shapes of various sizes and determining the volume of all liquid bridges suspended between particles within the pore cells. Weighting factors for the various cell types are obtained from the pore volume distribution to determine the relative contribution of different pore cell geometries to the total residual pore water. The combined model accurately describes experimental data for monodisperse spherical glass beads for both wetting and drying, even though the underlying assumptions do not reflect exactly the complex, interconnected and highly irregular geometry of the pore space. A single parameter provides the lateral shift between the wetting and drying curves. The results of this study provide a geometric understanding of the mechanisms of water retention in granular media. 相似文献
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现有的土水特征曲线(SWCC)滞后性的研究多针对重塑土，原状黄土土水特征曲线滞后性特征的研究较少。为研究全吸力范围内原状黄土的滞后特征，以泾阳马兰黄土(L1)和离石黄土(L5)为研究对象，采用压力板仪和滤纸法测定增湿和减湿SWCC，采用压汞法测定孔隙分布特征，X衍射分析矿物成分。结果表明，在压力板仪测试基质吸力范围内(0~600 kPa)，滤纸法和压力板仪测定的SWCC具有一致性，且在减湿过程中两种方法的测试结果更为一致。滤纸法测得的全吸力范围(0~30 000 kPa)内，黄土SWCC滞后性存在三段性特征。即在天然含水率(L1 14.2%、L5 17.3%)附近，黄土SWCC几乎无滞后性；含水率高于天然含水率一定范围(L1大于19.2%、L5大于18.3%)，存在极为明显的滞后性；低于天然含水率一定范围(L1小于11.2%、L5小于15.4%)，存在弱滞后性。天然状态下反复干湿循环，导致黄土SWCC在天然含水率附近无滞后性；黄土限制孔隙对墨水瓶效应的增益作用，导致高含水率下黄土SWCC呈强滞后性；黏土矿物的水合作用，导致低含水率下SWCC呈弱滞后性。 相似文献
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采用压力板法、滤纸法和饱和盐溶液蒸气平衡法,分别对取自广西岑溪滑坡现场的全风化泥岩原状样进行了持水特性试验,得到全吸力范围内的持水曲线;用压汞试验测试经受不同吸力原状样的孔径分布,并用此分布曲线推算持水曲线。试验结果表明：全风化泥岩原状样的进气值为110 kPa,用3种方法可测得全风化泥岩的全吸力范围内的持水曲线。全风化泥岩原状样的孔隙大小分布可认为单峰结构,其孔隙的孔径主要分布在10～1 000 nm,但也有孔径在50～300 ?m范围内的小部分孔隙存在,主要因为原状样中存在少量的原生裂隙。利用3个经受过不同吸力土样的孔径分布分别推算其持水曲线,3条曲线组合与实测值比较表明,用一次压汞试验结果（孔径大小分布曲线）预测全吸力范围内的持水曲线精度较低,而选取各自吸力范围段的预测曲线组合而成全吸力范围持水曲线,与试验数据更为接近。 相似文献
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土-水特征关系是基质吸力和含水率之间的关系。进气值对起点在高饱和度区的脱湿扫描线有较大的影响。Wei等[1]提出了毛细滞回内变量模型,可以对扫描线任意滞回情况进行模拟,但该模型没有考虑进气值的影响,对起点在高饱和度区的脱湿扫描线的模拟与实际情况有一定偏差。基于毛细滞回内变量理论和传统的土-水特征关系经验模型,提出了考虑进气值影响的修正毛细滞回内变量模型。该模型可以考虑进气值对起点在高饱和度区的脱湿扫描线的影响。通过对多种土样的数值模拟计算显示,修正模型较好地解决了原模型对起点在高饱和度区的脱湿扫描线的模拟不能考虑进气值影响的缺点。 相似文献
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De la Morena Gema Navarro Vicente Asensio Laura Gallipoli Domenico 《Acta Geotechnica》2021,16(9):2775-2790
This paper presents a constitutive model that predicts the water retention behaviour of compacted clays with evolving bimodal pore size distributions. In line with previous research, the model differentiates between the water present inside the saturated pores of the clay aggregates (the microstructure) and the water present inside the pores between clay aggregates (the macrostructure). A new formulation is then introduced to account for the effect of the macrostructural porosity changes on the retention behaviour of the soil, which results in a consistent evolution of the air-entry value of suction with volumetric deformations. Data from wetting tests on three different active clays (i.e. MX-80 bentonite, FEBEX bentonite, and Boom clay), subjected to distinct mechanical restraints, were used to formulate, calibrate, and validate the proposed model. Results from free swelling tests were also modelled by using both the proposed double porosity model and a published single porosity model, which confirmed the improvement in the predictions of degree of saturation by the present approach. The proposed retention model might be applied, for example, to the simulation of the hydromechanical behaviour of engineered bentonite barriers in underground nuclear waste repositories, where compacted active clays are subjected to changes of both suction and porosity structure under restrained volume conditions.
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