冻融循环对黄土渗透系数各向异性影响的试验研究
发布时间：2022-01-11 07:15
为了反映冻融循环作用对原状黄土渗透各向异性及原状、重塑黄土渗透差异的影响,以西安Q3黄土为研究对象,通过三轴固结渗透试验对比分析了冻融前后水平、竖直向原状黄土及重塑黄土的渗透系数随初始含水率、围压、冻融循环次数变化的规律。结果表明:未冻融时各级围压下竖直向原状黄土的渗透系数为2×10-6～18×10-6cm·s-1,水平向原状黄土和重塑黄土的渗透系数为0～4×10-6cm·s-1;经历冻融循环后,水平、竖直向原状黄土及重塑黄土的渗透系数与初始含水率的关系曲线分别呈现逐渐上升、抛物线形式与变化平缓的不同特征,而三者的渗透系数均随冻融循环次数的增加呈现数量级增大的趋势;原状黄土的竖直-水平渗透系数比（kv/kh）由冻融前的4.38逐渐减小到0.90,可见冻融循环作用在显著提高黄土渗透性能的同时,可以强烈弱化其各向异性特征。通过建立围压、渗透系数与土体孔隙率的相关关系可知,原状、重塑黄土的孔隙率与围压存在极强的负线性相关性,渗透系数随围压的增大呈典型指数衰减特征...
【文章来源】：冰川冻土. 2020,42(03)北大核心CSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
GDS三轴渗透仪
依据文献[30]中的粒度分级标准，对颗粒粒径从小到大按照4、16、32、63μm为界限划分区间，可将黄土颗粒划分为黏粒、细粉砂、中粉砂、粗粉砂及砂粒5个组分，西安黄土的粒度组成及粒组划分结果汇总于表2，粒度分布曲线如图2所示。由图2(a）及表2可知：西安黄土的粒度频率分布曲线存在两个明显的峰态，即为典型的“双峰”粒度分布特征。其中分选性较好的粗粒组分对应的第一峰值粒组（[4,63）μm）峰形较尖锐高耸，细粒组分对应的第二峰值粒组（<4μm）峰度较低、形态较平缓。由图2(b）可知：西安黄土的粒度分布曲线大致由两段斜率不同的光滑线段组成，其中第一峰值粒组对应的线段斜率较大，而第二峰值粒组对应的线段斜率较小，两线段通过一近水平的线段连接，明显可见在细粒范围内存在一个凸起的平台，这与其粒度分布“双峰”特征相吻合。由此可见西安黄土中黏粒含量较为丰富，黏粒的大量存在可显著影响黄土体在冻融循环条件下的变形、渗透性质。2.2 未冻融时黄土渗透系数各向异性分析
西安黄土渗透系数及竖直-水平渗透系数比与围压的关系如图3所示。由图3可知，竖直向原状黄土的渗透系数变化范围为2×10-6～18×10-6cm?s-1，水平向原状黄土和重塑黄土的渗透系数变化范围为0～4×10-6cm?s-1；相同围压下原状黄土渗透系数大于重塑黄土，竖直向原状黄土渗透系数大于水平向渗透系数。借鉴Chan等[20]提出的渗透各向异性比rk含义（kh/kv），本文将竖直向渗透系数与水平向渗透系数的比值定义为竖直-水平渗透系数比（kv/kh），对西安黄土的渗透各向异性进行探讨。由图3亦可知，竖直-水平渗透系数比始终大于1，且随着围压增大，土体渗透系数与竖直-水平渗透系数比逐渐减小。从宏观尺度可直观看出，原状黄土内部遗留有植物根系生长形成的次生管状大孔隙（图4），以垂直或近垂直发育为主，孔径约为0.5～1.0mm，孔壁较为光滑紧实[31]。由于竖向管状孔隙的存在，使得竖直渗流的过水断面相比于水平剖面更大，更有利于流体在土体内部的流动。而经过挤密振捣后的重塑黄土内部渗流通道细窄曲折，一定程度增大了渗流难度，使得重塑黄土的渗透性质与原状黄土相比明显减弱。图4 风干后黄土试样典型剖面图
【参考文献】：
期刊论文
[1]黄土粒度组成对其渗透系数各向异性影响的试验研究[J]. 赵茜,苏立君,刘华,何江涛,杨金熹. 中南大学学报(自然科学版). 2020(06)
[2]冻融和干湿循环对原状黄土渗透系数的影响[J]. 赵茜,杨金熹,赵晋萍. 中国地质灾害与防治学报. 2020(02)
[3]高岭–蒙脱混合黏土渗透各向异性的微观机理研究[J]. 周建,徐杰,余良贵,罗凌晖. 岩土工程学报. 2019(06)
[4]冻融环境下黄土微结构损伤识别与宏观力学响应规律研究[J]. 叶万军,李长清,董西好,刘忠祥,彭瑞奇,王岩,吴云涛,孙瑞梁,魏伟. 冰川冻土. 2018(03)
[5]冻融循环对青藏红黏土物理力学性质影响试验研究[J]. 房建宏,陈鑫,徐安花,张泽. 冰川冻土. 2018(01)
[6]渗透各向异性对基坑工程性状的影响研究[J]. 李玉岐,周旋. 地下空间与工程学报. 2017(05)
[7]基于GDS渗透仪的渗透试验及经验模型[J]. 邹圣锋,李金柱,王忠瑾,兰璐,王文军,谢新宇. 浙江大学学报(工学版). 2017(05)
[8]原状与重塑黄土冻融过程渗透特性对比试验研究[J]. 许健,王掌权,任建威,袁俊. 工程地质学报. 2017(02)
[9]基于优势流及各向异性随上覆压力变化的填埋体饱和渗流模型[J]. 柯瀚,吴小雯,张俊,陈云敏,胡杰. 岩土工程学报. 2016(11)
[10]干密度及冻融循环对黄土渗透性的各向异性影响[J]. 王铁行,杨涛,鲁洁. 岩土力学. 2016(S1)
博士论文
[1]软土一维非线性固结理论与试验对比研究[D]. 齐添.浙江大学 2008
硕士论文
[1]冻融循环与干湿交替对黄土渗透各向异性及空间分异性的影响研究[D]. 赵茜.西安建筑科技大学 2019
本文编号：3582349
【文章来源】：冰川冻土. 2020,42(03)北大核心CSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
GDS三轴渗透仪
依据文献[30]中的粒度分级标准，对颗粒粒径从小到大按照4、16、32、63μm为界限划分区间，可将黄土颗粒划分为黏粒、细粉砂、中粉砂、粗粉砂及砂粒5个组分，西安黄土的粒度组成及粒组划分结果汇总于表2，粒度分布曲线如图2所示。由图2(a）及表2可知：西安黄土的粒度频率分布曲线存在两个明显的峰态，即为典型的“双峰”粒度分布特征。其中分选性较好的粗粒组分对应的第一峰值粒组（[4,63）μm）峰形较尖锐高耸，细粒组分对应的第二峰值粒组（<4μm）峰度较低、形态较平缓。由图2(b）可知：西安黄土的粒度分布曲线大致由两段斜率不同的光滑线段组成，其中第一峰值粒组对应的线段斜率较大，而第二峰值粒组对应的线段斜率较小，两线段通过一近水平的线段连接，明显可见在细粒范围内存在一个凸起的平台，这与其粒度分布“双峰”特征相吻合。由此可见西安黄土中黏粒含量较为丰富，黏粒的大量存在可显著影响黄土体在冻融循环条件下的变形、渗透性质。2.2 未冻融时黄土渗透系数各向异性分析
西安黄土渗透系数及竖直-水平渗透系数比与围压的关系如图3所示。由图3可知，竖直向原状黄土的渗透系数变化范围为2×10-6～18×10-6cm?s-1，水平向原状黄土和重塑黄土的渗透系数变化范围为0～4×10-6cm?s-1；相同围压下原状黄土渗透系数大于重塑黄土，竖直向原状黄土渗透系数大于水平向渗透系数。借鉴Chan等[20]提出的渗透各向异性比rk含义（kh/kv），本文将竖直向渗透系数与水平向渗透系数的比值定义为竖直-水平渗透系数比（kv/kh），对西安黄土的渗透各向异性进行探讨。由图3亦可知，竖直-水平渗透系数比始终大于1，且随着围压增大，土体渗透系数与竖直-水平渗透系数比逐渐减小。从宏观尺度可直观看出，原状黄土内部遗留有植物根系生长形成的次生管状大孔隙（图4），以垂直或近垂直发育为主，孔径约为0.5～1.0mm，孔壁较为光滑紧实[31]。由于竖向管状孔隙的存在，使得竖直渗流的过水断面相比于水平剖面更大，更有利于流体在土体内部的流动。而经过挤密振捣后的重塑黄土内部渗流通道细窄曲折，一定程度增大了渗流难度，使得重塑黄土的渗透性质与原状黄土相比明显减弱。图4 风干后黄土试样典型剖面图
【参考文献】：
期刊论文
[1]黄土粒度组成对其渗透系数各向异性影响的试验研究[J]. 赵茜,苏立君,刘华,何江涛,杨金熹. 中南大学学报(自然科学版). 2020(06)
[2]冻融和干湿循环对原状黄土渗透系数的影响[J]. 赵茜,杨金熹,赵晋萍. 中国地质灾害与防治学报. 2020(02)
[3]高岭–蒙脱混合黏土渗透各向异性的微观机理研究[J]. 周建,徐杰,余良贵,罗凌晖. 岩土工程学报. 2019(06)
[4]冻融环境下黄土微结构损伤识别与宏观力学响应规律研究[J]. 叶万军,李长清,董西好,刘忠祥,彭瑞奇,王岩,吴云涛,孙瑞梁,魏伟. 冰川冻土. 2018(03)
[5]冻融循环对青藏红黏土物理力学性质影响试验研究[J]. 房建宏,陈鑫,徐安花,张泽. 冰川冻土. 2018(01)
[6]渗透各向异性对基坑工程性状的影响研究[J]. 李玉岐,周旋. 地下空间与工程学报. 2017(05)
[7]基于GDS渗透仪的渗透试验及经验模型[J]. 邹圣锋,李金柱,王忠瑾,兰璐,王文军,谢新宇. 浙江大学学报(工学版). 2017(05)
[8]原状与重塑黄土冻融过程渗透特性对比试验研究[J]. 许健,王掌权,任建威,袁俊. 工程地质学报. 2017(02)
[9]基于优势流及各向异性随上覆压力变化的填埋体饱和渗流模型[J]. 柯瀚,吴小雯,张俊,陈云敏,胡杰. 岩土工程学报. 2016(11)
[10]干密度及冻融循环对黄土渗透性的各向异性影响[J]. 王铁行,杨涛,鲁洁. 岩土力学. 2016(S1)
博士论文
[1]软土一维非线性固结理论与试验对比研究[D]. 齐添.浙江大学 2008
硕士论文
[1]冻融循环与干湿交替对黄土渗透各向异性及空间分异性的影响研究[D]. 赵茜.西安建筑科技大学 2019
本文编号：3582349
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