基于分形理论的黏性土渗透系数研究
发布时间:2020-10-20 13:04
土体的渗透性是岩土工程一个非常重要的研究方向。相关学者对于土体的渗透性进行了大量的理论试验研究,但黏性土的渗透机理比较复杂,传统的渗透系数经验公式在计算黏性土的渗透系数时,计算结果与实际情况存在了一定的误差,这便会对实际工程建设加固与修复产生影响。本文考虑黏性土内部结合水对于土体渗透性的影响,基于分形理论对传统的渗透系数经验公式进行了修正,获得了适用于黏性土的渗透系数计算公式,并进一步运用室内渗流试验对于本文所修正的黏性土渗透系数计算公式进行验证。本文所做的主要工作及成果如下:(1)传统渗透系数经验公式计算黏性土渗透性时计算结果往往大于土样实际渗透系数。因此,需将传统渗透系数经验公式修正后才能应用于黏性土的渗透特性研究。本文选用Carson-Carmen渗透系数公式作为传统的渗透系数经验公式,结合有效孔隙比概念对此公式进行修正,并基于分形理论对修正公式中的有效孔隙比函数进行推导,将Carson-Carmen渗透系数经验公式修正为适用于黏性土的渗透系数计算公式。(2)为验证本文所修正渗透系数计算公式的准确性,本文选用了两种黏性土进行渗透试验,进行渗透试验前对试验所用到的黏性土进行基础物理参数的测定,包括颗粒级配、比重、最大干密度及最小干密度。在进行室内渗透试验时,由于黏性土的渗透性较差,故采用变水头渗透试验对黏性土的渗透系数进行测量,并对试验数据进行整理和分析。(3)基于分形理论推导出黏性土分形维数与颗粒级配曲线斜率的函数关系,并依此求得试验所用土样的分形维数。分别使用传统的渗透系数经验公式与基于分形理论的修正后渗透系数计算公式计算试验所用黏性土的渗透系数,并与试验实测数据进行对比分析,以验证本文修正渗透系数公式的准确性与合理性。本文在国内外学者对于土体渗透性研究的基础上,基于分形理论对传统渗透系数公式进行修正,并对不同干密度的黏性土样进行渗透试验,将传统渗透系数公式与修正后的渗透系数公式计算结果与渗透试验结果进行对比分析,发现修正后公式计算结果与试验结果差别很小,验证了本文所修正公式的准确性。本研究将多孔介质分形理论与黏性土的渗透性研究相结合,揭示了黏性土渗透性的机理和本质,为今后水利工程防渗及土木工程地基沉降提供了重要的理论指导。
【学位单位】:东北林业大学
【学位级别】:硕士
【学位年份】:2019
【中图分类】:TU442
【部分图文】:
a无黏性土渗流速度与水力梯度关系b黏性土渗流速度与水力梯度关系??图1-1?土体渗流速度与水力梯度之间的非线性关系??粗粒土及细粒土的渗流速度与水力坡降的关系如图1-1所示,其中粗粒土(如卵石、??砾石等)由于土颗粒粒径较大,土体内部孔隙较大,在水力坡降较小时,水流经土体内??部流速较小,此时可认为渗流情况为层流,v-/基本呈线性关系,此种情况Darcy定律依??旧适用。而当水力坡降逐渐增大且水流经土体流速增大,渗流形式将从层流变为紊流,??此时v-i呈非线性关系,此种情况Darcy定律不再适用。??-4?-??
图1-2技术路线图??
公式只适用于粗粒土,并不能将其直接应用于黏性土的渗透系数计算。主要原因是黏性??土内部土颗粒粒径较小、比表面积大、分子间引力较大并且黏性土颗粒具有明显的带电??性质,黏性土内部颗粒表面吸附了一层结合水膜,如图2-1所示。而黏性土内部结合水??由于黏滞性大,透水性差且不受重力影响,因此其具有类似于固体的性质,不能将其所??占孔隙体积视为土体内部流体的孔隙通道,而这部分结合水的存在也是黏性土渗透系数??远小于粗粒土的主要原因。??^ ̄\? ̄土颗粒??.傷??图2-1黏性土内部土颗粒与结合水示意图??对于原状黏性土,土体内部孔隙由孔隙水及空气占据,而孔隙水包括结合水和自由??水。黏性土颗粒表面吸附的结合水由于黏滞性较大、不具有流动性且不受重力影响,并??且结合水不能产生和传递土体内部孔隙水压力,因此由结合水所占据的土体内部孔隙基??本不能产生渗流,并且结合水占据了黏性土体内部相当大一部分孔隙体积。本文定义土??体内部结合水所占据的土体全部孔隙体积与黏性土颗粒体积之比为无效孔隙比而总??孔隙比与无效孔隙比之差定义为有效孔隙比&,即:??eu?^e ̄e0?(2-7)??对于本文所研宄的饱和黏性土
【参考文献】
本文编号:2848715
【学位单位】:东北林业大学
【学位级别】:硕士
【学位年份】:2019
【中图分类】:TU442
【部分图文】:
a无黏性土渗流速度与水力梯度关系b黏性土渗流速度与水力梯度关系??图1-1?土体渗流速度与水力梯度之间的非线性关系??粗粒土及细粒土的渗流速度与水力坡降的关系如图1-1所示,其中粗粒土(如卵石、??砾石等)由于土颗粒粒径较大,土体内部孔隙较大,在水力坡降较小时,水流经土体内??部流速较小,此时可认为渗流情况为层流,v-/基本呈线性关系,此种情况Darcy定律依??旧适用。而当水力坡降逐渐增大且水流经土体流速增大,渗流形式将从层流变为紊流,??此时v-i呈非线性关系,此种情况Darcy定律不再适用。??-4?-??
图1-2技术路线图??
公式只适用于粗粒土,并不能将其直接应用于黏性土的渗透系数计算。主要原因是黏性??土内部土颗粒粒径较小、比表面积大、分子间引力较大并且黏性土颗粒具有明显的带电??性质,黏性土内部颗粒表面吸附了一层结合水膜,如图2-1所示。而黏性土内部结合水??由于黏滞性大,透水性差且不受重力影响,因此其具有类似于固体的性质,不能将其所??占孔隙体积视为土体内部流体的孔隙通道,而这部分结合水的存在也是黏性土渗透系数??远小于粗粒土的主要原因。??^ ̄\? ̄土颗粒??.傷??图2-1黏性土内部土颗粒与结合水示意图??对于原状黏性土,土体内部孔隙由孔隙水及空气占据,而孔隙水包括结合水和自由??水。黏性土颗粒表面吸附的结合水由于黏滞性较大、不具有流动性且不受重力影响,并??且结合水不能产生和传递土体内部孔隙水压力,因此由结合水所占据的土体内部孔隙基??本不能产生渗流,并且结合水占据了黏性土体内部相当大一部分孔隙体积。本文定义土??体内部结合水所占据的土体全部孔隙体积与黏性土颗粒体积之比为无效孔隙比而总??孔隙比与无效孔隙比之差定义为有效孔隙比&,即:??eu?^e ̄e0?(2-7)??对于本文所研宄的饱和黏性土
【参考文献】
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本文编号:2848715
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