土-水特征曲线的全吸力范围试验及微观理论研究

发布时间：2020-04-23 21:26

【摘要】：自然界中大部分土体呈非饱和状态,在江西境内也分布有大量的非饱和红土及花岗岩残积土。非饱和土中基质吸力对非饱和土体的抗剪强度及渗透力影响较大,从而对边坡、地基、挡土结构等的稳定性产生巨大的影响,由于吸力变化的复杂性和测试的难度,使其成为非饱和土研究领域的关键和难点。因此,开展关于非饱和土土-水特征曲线的研究具有非常重要的工程意义及研究前景。土-水特征曲线数据的量测一般需要通过室内试验得到,但是在进行试验时,由于设备、试验时间等多种因素影响,大多采用单一试验方法进行土-水特征曲线试验,但仅靠一种试验很难得到全吸力范围的土-水特征曲线,而实际工程运用中需要对一条全吸力范围的土-水特征曲线进行土水运移规律分析。因此,本论文以江西红土及花岗岩残积土为研究对象,采用压力板法、滤纸法及饱和盐溶液法组合测定全吸力范围土-水特征曲线,并分析不同干密度、不同颗粒直径及不同干湿循环次数等因素对全吸力范围土-水特征曲线影响;同时评判最适合不同试验吸力段及全吸力范围土-水特征曲线的数学拟合模型;然后通过直剪试验与全吸力范围土-水特征曲线试验数据的结合,得到了适合红土及花岗岩残积土的全吸力范围非饱和土抗剪强度模型,并对非饱和土抗剪强度指标?~b随全吸力范围基质吸力变化规律进行探讨;最后通过理论分析推导出微观下土-水特征曲线理论解,分析了颗粒级配及接触角对微观土-水特征曲线的影响。主要研究内容如下:(1)以江西红土和花岗岩残积土为试验对象,分别对其进行了基本物理力学指标试验。通过压力板法、滤纸法及饱和盐溶液法三种方法测定并分析了干密度、颗粒直径及干湿循环次数等影响因素下各吸力段土-水特征曲线;通过压力板试验、滤纸法试验及饱和盐溶液法试验数据组合的方式均可得到不同因素下全吸力范围土-水特征曲线,表明用这种方法测量全吸力范围土-水特征曲线的方法是可行的。(2)研究了不同吸力段及全吸力范围土-水特征曲线数据拟合的最优拟合模型,分别以Gardner模型、VG模型及FX模型等为基础对不同影响因素下各试验吸力段及全吸力范围土-水特征曲线试验数据进行拟合,将拟合结果在综合考虑拟合精度及模型参数个数基础上对模型的优劣进行评判。发现VG模型最适合于压力板试验数据及饱和盐溶液试验数据的拟合,Gardner模型最适合于滤纸法试验数据的拟合;VG模型最适合全吸力范围土-水特征曲线的数据拟合。研究还表明滤纸法试验测量数据如果用Gardner模型拟合能更好的反映全吸力范围土-水特征曲线。(3)针对江西红土和花岗岩残积土进行了不同干密度下各含水率的直剪试验,并结合前文全吸力土-水特征曲线试验数据进行了非饱和土抗剪强度分析。结论表明,非饱和土抗剪强度参数?~b并非一定值,而是随基质吸力的增大逐渐降低;在相同的低基质吸力范围情况下干密度大的试样其?~b也越大,但干密度的影响随基质吸力增大而降低。并且拟合得到各抗剪强度参数与全吸力范围基质吸力间的关系,推导得到了全吸力范围下非饱和土抗剪强度模型,并验证了模型的正确性。(4)基于热力学方程及二维液桥计算理论,推导了三个不等粒径土颗粒下土-水特征曲线的理论解。分析了颗粒级配及接触角对土-水特征曲线的影响规律。研究表明,在同一基质吸力下,Cu越大,其体积含水率越小;在曲线斜率较大段,级配连续性越差即Cc越大,其体积含水率也越小。相同基质吸力下,接触角越小粒间含水体积和体积含水率越大,且曲线的进气值会随着接触角的减小而减小。
【图文】：

技术路线图,土-水特征曲线,技术路线,吸力

第 1 章绪论1.5 技术路线本文主要研究内容为土-水特征曲线的全吸力范围试验及其微观理论研究，从 2016 年 4 月开始至 2018 年 3 月结束，期间进行了大量有关本文的文献阅读，，制定并实施了相关试验及理论的推导。通过对试验内容及结果整理分析，得到了全吸力范围土-水特征曲线、非饱和土抗剪强度模型及土-水特征曲线微观理论等方面的相应结论。技术路线如图 1.1：

示意图,土-水特征曲线,示意图,非饱和土

第 2 章非饱和土土-水特征曲线论述及试验方法第 2 章非饱和土土-水特征曲线模型及试验方法饱和土土-水特征曲线基本概念水特征曲线（SWCC）描述了土体内部吸力大小与含水率间的土力学中的基础本构关系之一[19]，其中非饱和土体吸力包括，土体含水率分为质量含水率、体积含水率及饱和度。典型意图如图 2.1 所示。和测试土-水特征曲线在非饱和土力学领域中具有十分重要的可以通过土-水特征曲线计算非饱和土的渗透系数；其次土-水土中基本本构关系之一；同时运用土-水特征曲线可以估算非及相应的渗透系数。
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU43

【参考文献】