轴平移测试技术在量测土—水特征曲线方面的研究及应用

发布时间：2017-03-17 20:07

  本文关键词：轴平移测试技术在量测土—水特征曲线方面的研究及应用，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：土-水特征曲线(SWCC)是一条反映土体基质吸力与含水率关系的曲线,在非饱和土的研究工作中发挥着重要的作用。目前,Fredlund土-水仪和张力计是两种最常用的SWCC直接测试仪器。Fredlund土-水仪采用轴平移技术原理测试SWCC,张力计采用水势平衡原理测试SWCC。已有研究成果表明,采用水势平衡和基于轴平移技术原理的实验仪器测试同等条件下的土样,获得的SWCC差异性显著,表现在以下两点:(1)这种差异性在不同矿物成分的土样中表现不同;(2)这种差异性随基质吸力的增加而增大。本文采用理论推导、室内SWCC实验、毛细管实验和数值模拟方法等多种手段相结合的方式,探索了这种差异性产生的原因,建立了一种能够有效降低这种差异性的修正计算方法,并经由边坡稳定性的数值模拟分析说明了SWCC修正的重要性。本文主要做了以下几点工作:1.从仪器的工作原理着手,详述地阐述轴平移技术和张力计法的工作原理和对应仪器的使用方法,并采用这两种测试方法测试了砂土和粉质粘土土样的SWCC,验证了这两种方法测试得到的SWCC存在差异性的事实。2.以两种测试方法得到的SWCC差异性的表现特点为基础,同时,结合两种测试方法的原理,得到实验过程中的环境气压力是产生差异性的根源。3.将黏土中一端封闭一端开口的微孔隙和超微孔隙简化为玻璃管模型,建立了环境气压力与孔隙中气体体积的关系,得出这类孔隙是产生SWCC差异性的主要原因。同时,测试了同等条件下石英砂和黏土的SWCC,验证了理论推导的合理性。4.利用表面张力系数与气压力的关系和轴平移技术环境中的毛细管实验,建立了环境气压力与土体的持水能力的关系,得出环境气压力对SWCC测试结果的影响甚小的结论,可以忽略不计。5.以轴平移测试技术在测试SWCC方面产生差异性的原因为基础,并结合非饱和土的三相图解,推导了环境气压力与一端开口一端封闭的微孔隙和超微孔隙中孔隙气体积的关系,建立了相应的修正公式。采用该修正公式修正了黏土和砂土土样的SWCC,并借鉴误差评估理论分析了该修正计算方法的修正效果。6.将该修正计算方法应用于考虑非饱和土的流固耦合的边坡稳定性分析实例中,对比分析SWCC修正前后,边坡内土体孔隙水压力、变形、塑性区大小的变化情况。
【关键词】：非饱和土 土-水特征曲线(SWCC) 轴平移测试技术 张力计法 边坡稳定性分析
【学位授予单位】：天津城建大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU43
【目录】：

• 中文摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 选题背景与意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 吸力理论的研究与应用11
• 1.2.2 基质吸力测量和控制技术11-13
• 1.2.3 轴平移测试技术的研究13-14
• 1.3 研究目的及内容14-15
• 1.4 研究方法与技术路线图15-17
• 第二章 土-水特征曲线的测量方法17-30
• 2.1 自然环境中的测试技术17-20
• 2.1.1 张力计的简介及工作原理17-18
• 2.1.2 张力计的使用方法18-20
• 2.2 轴平移环境中的测试技术20-25
• 2.2.1 Fredlund土-水仪简介20-22
• 2.2.2 Fredlund土-水仪的工作原理22-23
• 2.2.3 Fredlund土-水仪的使用方法23-25
• 2.3 试验土样及土样制备25-27
• 2.3.1 土样的基本物性指标25
• 2.3.2 实验土样制备方法25-26
• 2.3.3 试验概况26-27
• 2.4 不同测试环境下的SWCC试验结果27-28
• 2.5 本章小结28-30
• 第三章 轴平移测试技术局限性分析30-45
• 3.1 差异性的原因猜想30-32
• 3.1.1 土样的微结构特性30-31
• 3.1.2 工作环境气压力31-32
• 3.2 土样微结构对测试SWCC的影响32-37
• 3.2.1 土样微结构特性32-34
• 3.2.2 微结构对SWCC影响的模型34-37
• 3.3 环境气压力对SWCC的影响37-40
• 3.3.1 非饱和土的表面张力37-38
• 3.3.2 表面张力系数对SWCC的影响38-40
• 3.4 分析结果的试验验证40-44
• 3.4.1 土-水特征曲线测试40-41
• 3.4.2 表面张力系数对SWCC的影响41-44
• 3.4.3 结果分析44
• 3.5 本章小结44-45
• 第四章 轴平移测试技术的误差修正与评估45-53
• 4.1 修正思路和修正方法45-49
• 4.1.1 修正思路45-46
• 4.1.2 修正方法46-49
• 4.2 修正效果评估49-52
• 4.2.1 误差评估理论49
• 4.2.2 修正误差分析49-52
• 4.3 本章小结52-53
• 第五章 修正计算方法的工程应用53-63
• 5.1 边坡稳定性分析基本原理53-55
• 5.1.1 基本假定53
• 5.1.2 Abaqus有限元计算原理53-55
• 5.2 土-水特征曲线在边稳定性分析中应用55-59
• 5.2.1 非饱和土的渗透系数的确定55-57
• 5.2.2 模型参数及网格划分57-58
• 5.2.3 边坡模型有限元计算58-59
• 5.3 数值模拟结果59-62
• 5.3.1 孔隙水压力分布59-60
• 5.3.2 边坡土体变形60-61
• 5.3.3 塑性应变61-62
• 5.4 本章小结62-63
• 第六章 结论与展望63-65
• 6.1 主要结论63-64
• 6.2 展望64-65
• 参考文献65-70
• 攻读硕士期间研究成果和参加科研情况说明70-71
• 致谢71-72

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本文编号：253399