不同初始孔隙比非饱和黏土的渗透特性研究
本文选题:土-水特征曲线 切入点:拟合分析 出处:《湖北工业大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:非饱和土是指土体孔隙同时被水和空气填充,饱和度小于100%的土壤,是地球表面分布最广、且在实际工程中经常遇到的土体。天然边坡在遭遇连续降雨后失稳破坏,垃圾填埋厂地下污染物迁移过程,地基基础或路基中压实土的固结及膨胀土的隆起等问题,都会涉及到非饱和土的渗透特性。土-水特征曲线和渗透系数是衡量非饱和土渗透特性的关键参数,其中土-水特征曲线能够反映非饱和土的孔隙结构特点以及持水能力,目前试验测量方法有很多,而选择合适的模型来对试验数据进行拟合分析是一项重要工作。渗透系数是衡量非饱和土中水流动能力的关键参数,其值变化范围很大且不易量测,一直是非饱和土研究中的难点。本文通过具体试验和理论分析对不同初始孔隙比湖南黏土的渗透特性进行全面的研究,探寻压缩变形条件下土体渗透特性的变化规律,主要研究内容有:(1)介绍了非饱和土中收缩膜作为独立相的特征,以及表面张力的形成原理和表达方式,分析了土水势能的构成和基质吸力的定义及测量方法。介绍了达西定律在非饱和土中的应用,并通过变水头试验测量饱和渗透系数。(2)利用压力板仪获得了不同初始孔隙比湖南黏土试样的土-水特征曲线。对比多种土-水特征曲线的经典模型,并结合试验数据,利用Matlab、Origin等软件进行拟合分析,指出各个模型的优缺点和适用性,选取最优模型进行后续研究。(3)根据非饱和土渗透系数的测量方法,自制有机玻璃桶装置进行瞬态剖面法试验,测量出不同初始孔隙比土柱在一维渗流状态下的含水率剖面,通过对土柱不同段进行差分计算,得到渗透流速和平均水力梯度,最终计算出非饱和土渗透系数。(4)介绍了非饱和土渗透系数间接预测模型,利用土-水特征曲线预测法,分别选用Childs和Collis-George修正模型和陶孔模型预测非饱和土渗透系数,并将预测值与实测值进行对比分析,得到相关结论。
[Abstract]:Unsaturated soil is the soil with soil pores filled with both water and air and saturation less than 100%, which is the most widely distributed soil on the earth's surface and often encountered in practical engineering. The process of underground pollutant transfer, the consolidation of compacted soil in foundation or roadbed, the uplift of expansive soil, etc. The soil-water characteristic curve and permeability coefficient are the key parameters to measure the permeability characteristics of unsaturated soil, and the soil-water characteristic curve can reflect the pore structure characteristics and water holding capacity of unsaturated soil. At present, there are many experimental methods, and it is an important task to choose suitable models to fit and analyze the experimental data. Permeability coefficient is the key parameter to measure the flow capacity of water in unsaturated soil, and its value varies widely and is not easy to measure. In this paper, the permeability characteristics of Hunan clay with different initial void ratios are studied comprehensively through concrete experiments and theoretical analysis, and the variation law of soil permeability characteristics under compression deformation is explored. This paper introduces the characteristics of shrinkage film as independent phase in unsaturated soil, as well as the formation principle and expression method of surface tension. The composition of soil water potential energy and the definition and measurement method of matrix suction are analyzed. The application of Darcy's law in unsaturated soil is introduced. The soil-water characteristic curves of Hunan clay samples with different initial void ratios were obtained by pressure plate test. The classical models of various soil-water characteristic curves were compared, and the experimental data were combined. By means of Matlab Origin and other software, the advantages and disadvantages and applicability of each model are pointed out. The optimal model is selected for follow-up study. According to the measurement method of permeability coefficient of unsaturated soil, the self-made plexiglass barrel device is tested by transient profile method. The water content profiles of soil columns with different initial void ratios under one dimensional seepage were measured. The permeability velocity and average hydraulic gradient were obtained by differential calculation of different sections of soil columns. Finally, the indirect prediction model of unsaturated soil permeability coefficient is introduced. Using soil-water characteristic curve prediction method, Childs and Collis-George modified model and ceramic hole model are used to predict unsaturated soil permeability coefficient, respectively. The predicted value and the measured value are compared and analyzed, and the relevant conclusions are obtained.
【学位授予单位】:湖北工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TU43
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,本文编号:1579453
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