宽级配砾质土压实性和渗透性研究
发布时间:2017-05-07 16:02
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【摘要】:宽级配砾质土具有成本低廉、填筑密度大、抗剪强度高、沉陷变形小、不易收缩开裂、防渗性能优异等优点,近年来已经展现出取代粘土、土工布等传统防渗材料的趋势。目前,宽级配土已经应用于土石坝心墙防渗、路基隔水层、垃圾填埋场封场覆盖、河道的防渗层等工程实践中。国内外学者已经对砾质土进行了初步的研究,但有关砾质土压实特性和渗透特性的理论并不成熟,尚无法对宽级配土防渗层的可靠性、防渗能力做出准确的评判,一定程度的阻碍了砾质土防渗层的推广和应用。 为挖掘宽级配土防渗层的防渗潜能,建立宽级配土防渗层的级配控制、压实、防渗设计标准,本文首先针对宽级配砾质土开展试验研究。在试验中,人工配置具有不同细粒含量的宽级配土,通过颗分试验、击实试验和渗透试验研究了宽级配土的压实和渗透特性,另外,本文还采用有限元数值模拟研究宽级配土用于土石坝心墙防渗、垃圾填埋场衬垫层中的可行性。基于试验和数值模拟结果,本文针对工程中的防渗需求,给出了相应的宽级配土设计标准。 通过试验、理论和数值模拟研究,本文取得了以下主要的成果和结论:(1)由于细粒的附着效应,常规干筛法颗分试验误差很大,应采用湿筛法测量宽级配砾质土的级配;(2)基于大量的压实试验结果,通过理论分析和数值回归,给出了砾质土最优含水率的预测模型;(3)基于压实和渗透试验结果,给出了砾质土防渗层的级配控制标准(上下限);(4)对水泥改良砾质土和膨润土改良砾质土进行了渗透系数量测,给出了水泥和膨润土掺入量的建议值;(5)基于数值模拟结果,论证了砾质土可以用于垃圾填埋场衬垫层,并给出具体方案。 本文的研究成果完善了砾质土压实特性和渗透特性的理论。本文给出的级配控制标准和最优含水率计算公式可以指导工程实践;水泥和膨润土改良砾质土能够进一步挖掘砾质土的防渗潜能,对于防渗规格要求较高的工程(例如垃圾填埋场的垫层),可以根据防渗要求选用外掺剂的种类和掺入量。
【关键词】:宽级配 砾质土 湿筛法 压实性 最优含水率 防渗
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TV443
【目录】:
- 致谢5-6
- 摘要6-7
- ABSTRACT7-8
- 目录8-12
- 1 绪论12-22
- 1.1 研究背景及意义12-14
- 1.2 国内外研究现状14-20
- 1.2.1 土体防渗材料选择14-15
- 1.2.2 宽级配土、砾质土、砾石土的定义及特点15-16
- 1.2.3 宽级配砾质土的压实特性研究现状16-17
- 1.2.4 宽级配砾质土的渗透特性研究现状17-18
- 1.2.5 改良砾质土研究现状18-19
- 1.2.6 目前研究的不足19-20
- 1.3 本文研究内容和技术路线20-21
- 1.3.1 研究内容20
- 1.3.2 技术路线图20-21
- 1.4 创新点21-22
- 2 材料特性及试验方案22-32
- 2.1 宽级配砾质土的构成和级配设计22-23
- 2.1.1 宽级配砾质土的构成22
- 2.1.2 宽级配砾质土的级配设计22-23
- 2.2 材料基本特性试验23-26
- 2.2.1 粉质粘土基本性质23-25
- 2.2.2 膨润土基本性质25
- 2.2.3 高岭土基本性质25-26
- 2.3 试验方案26
- 2.4 砾质土击实试验方法26-27
- 2.4.1 击实试验土料和装置26-27
- 2.4.2 击实试验操作方法27
- 2.5 渗透试验方法和原理27-30
- 2.5.1 渗透试验土料和装置27-29
- 2.5.2 变水头渗透试验操作方法29
- 2.5.3 变水头渗透试验原理29-30
- 2.6 本章小结30-32
- 3 宽级配砾质土筛分方法研究32-42
- 3.1 砾质土筛分试验方案32-34
- 3.1.1 筛分试验土料准备32
- 3.1.2 干、湿筛法试验步骤32-33
- 3.1.3 筛分试验方案33-34
- 3.2 干筛法和湿筛法试验结果比较34-36
- 3.3 附着效应及干筛法误差分析36-39
- 3.3.1 粘粒含量对附着效应的影响36-37
- 3.3.2 含水率对附着效应的影响37-38
- 3.3.3 细粒矿物成分对附着效应的影响38-39
- 3.4 实例分析39-40
- 3.5 本章小结40-42
- 4 宽级配砾质土压实特性研究42-58
- 4.1 击实试验方案42
- 4.2 击实试验结果42-50
- 4.2.1 相同击实功下不同级配砾质土的击实试验结果42-44
- 4.2.2 击实含水率对砾质土压实特性的影响44-45
- 4.2.3 宽级配砾质土最优含水率预测方法45-48
- 4.2.4 不同击实功下相同级配砾质土的击实试验结果48-49
- 4.2.5 击实功对砾质土压实特性的影响49-50
- 4.3 细粒含量对砾质土压实特性的影响分析50-56
- 4.3.1 细粒含量对砾质土压实特性的影响50-52
- 4.3.2 砾石含量对砾质土压实特性的影响52-54
- 4.3.3 宽级配砾质土的级配控制标准(上下限)54-56
- 4.4 本章小结56-58
- 5 宽级配砾质土渗透特性及改良方法研究58-78
- 5.1 渗透率与渗透系数简介58-59
- 5.2 变水头渗透试验方案59-60
- 5.3 渗透试验结果60-63
- 5.3.1 砾质土渗透系数与时间的关系61
- 5.3.2 粉质粘土作为细粒料时不同级配砾质土的渗透系数61-62
- 5.3.3 膨润土作为细粒料时不同级配砾质土的渗透系数62
- 5.3.4 加入外掺剂后的砾质土渗透系数62-63
- 5.4 试验结果分析63-72
- 5.4.1 土颗粒结构调整对砾质土渗透性的影响63-64
- 5.4.2 细粒含量和粗粒含量对砾质土渗透性的影响64-66
- 5.4.3 宽级配砾质土的级配控制标准(上下限)66-67
- 5.4.4 水泥作为外掺剂对砾质土渗透性的影响67-70
- 5.4.5 膨润土作为外掺剂对砾质土渗透性的影响70-72
- 5.5 宽级配砾质土的渗流变形及其防护措施72-76
- 5.5.1 渗透变形的类型72-73
- 5.5.2 渗透变形产生的条件73
- 5.5.3 渗透变形的判别73-74
- 5.5.4 防止渗透变形的工程措施74-75
- 5.5.5 级配上下限内的砾质土渗透破坏形式及处理措施75
- 5.5.6 改良砾质土渗透破坏形式及处理措施的建议75-76
- 5.6 本章小结76-78
- 6 宽级配砾质土渗透性的评估78-94
- 6.1 饱和—非饱和渗流的基本方程及理论简述78-81
- 6.1.1 渗流数学模型方程的选择78-79
- 6.1.2 饱和—非饱和渗流的基本方程简述79-80
- 6.1.3 渗流问题的边界条件80-81
- 6.2 COMSOL MULTIPHSICS简介81
- 6.3 砾质土心墙土石坝的渗流分析81-88
- 6.3.1 几何模型及材料参数81-83
- 6.3.2 网格划分及边界条件83-85
- 6.3.3 模拟结果及分析85-88
- 6.4 垃圾填埋场的渗流分析88-93
- 6.4.1 砾质土单层防渗方案88-90
- 6.4.2 HDPE膜+压实土壤方案90-92
- 6.4.3 方案对比92-93
- 6.5 本章小结93-94
- 7 结论与展望94-96
- 7.1 论文的主要工作和研究成果94-95
- 7.2 本文研究的不足之处和后期工作的展望95-96
- 参考文献96-100
- 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果100-104
- 学位论文数据集104
【参考文献】
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本文关键词:宽级配砾质土压实性和渗透性研究,,由笔耕文化传播整理发布。
本文编号:350142
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