恩施地区典型滑坡非饱和土土-水特征曲线的试验研究

恩施地区典型滑坡非饱和土土-水特征曲线的试验研究（精选2篇）

恩施地区典型滑坡非饱和土土-水特征曲线的试验研究 第1篇

恩施地区典型滑坡非饱和土土-水特征曲线的试验研究

摘要：非饱和土土-水特征曲线表达了含水率与基质吸力之间的关系,是研究非饱和土的.关键.为了进一步了解土质、初始含水率及土体微观结构等重要因素对土-水特征曲线的影响,分别在恩施地区双龙洞滑坡和杨家山滑坡采集土样,进行对比试验研究,结果表明:双龙洞滑坡的土样持水能力强于杨家山滑坡;对于同一种土质,初始含水率对开始阶段的脱水速率影响较大;原状土样被扰动破坏后,持水性增强.同时,对于典型的土-水特征曲线分别利用指数衰减函数和Gardner函数进行了拟合,得到了经验函数表达式,具有一定的实际意义.作 者：李洋洋    唐辉明    熊承仁    李丹    LI Yang-yang    TANG Hui-ming    XIONG Cheng-ren    LI Dan  作者单位：中国地质大学工程学院,武汉,430074 期 刊：安全与环境工程   Journal：SAFETY AND ENVIRONMENTAL ENGINEERING 年，卷(期)：, 17(2) 分类号：X43 P642.22 TU45 关键词：非饱和土    含水率    基质吸力    土-水特征曲线    恩施地区滑坡   

南阳膨胀土土水特征曲线试验研究 第2篇

土水特征曲线(soil water characteristic curve,SWCC)起源于土壤学科,后来被成功引入到非饱和土力学中。土力学中不仅要考虑土体成分及结构的影响,还要考虑到应力状态的影响。SWCC描述了土体基质吸力与饱和度(或体积含水率或质量含水率)之间的关系,反映了土体的持水能力。广义上讲,它反映的就是土体中孔隙的空间分布与变化情况。

土水特征曲线(SWCC)是指非饱和土中吸力和质量含水率ω、体积含水量θ或饱和度S之间的关系。由于由试验测试得到的土水特征数据一般较为粗糙,离散点比较多。如直接应用于数值模拟,往往导致数值不收敛,需要进一步拟合,才能应用于实际[6—9]。压力板仪是目前测试非饱和土土水特征曲线的常用方法之一。

本文针对南阳膨胀土原状土样和重塑土样开展压力板试验测定土水特征曲线,研究土体持水特性,并采用Van Genuchten模型对实测的土水特征曲线进行拟合。

1 实验过程

试验仪器采用美国Soil moisture公司生产的陶土板进气值为15 bar的压力板仪,试验仪器见图1。

压力板仪主要由供气系统、调压阀、压力锅及盛水容量瓶等组成。供气系统由高压氮气瓶、减压阀构成。减压阀起粗调作用,将氮气瓶里的高压气体变成低压气体;调压阀起到细调作用,精确控制给压力锅输入的气压力值。试样中的水分在各级压力下溢出排到盛水容量瓶中。用精密的电子天平可以量测出试样在各级吸力下平衡时的溢出水质量。试验过程中保持室温在20℃左右,并且在压力锅锅底保留适量的蒸馏水,以减小土样内水分的蒸发对试验结果的影响。

土样采用南阳膨胀土原状样和重塑样,使用环刀制样,原状样采用不同的环刀取三个,重塑样分两组:一组为干密度相同含水率不同,一组为含水率相同干密度不同。具体试样参数如表1、表2。

采用压力板仪测量试样脱湿过程中的土水特征曲线操作步骤如下。

(1)将试样和高进气值陶土板进行饱和。采用抽真空饱和法对制备好的试样进行饱和,而高进气值陶土板采用脱气压力水(400 k Pa左右)进行饱和。

(2)将饱和的陶土板放在压力锅的支架上,连接好通往外部的排水管,取出饱和试样并测量其质量,迅速将试样逐层逐个放置在陶土板上并确定试样与陶土板表面接触良好。然后将压力室密封,并于出水处放好盛水容量瓶。

(3)将输出压力调节略大于试验所需之压力,然后开启通往试样室管道阀门,分别调节粗细调压器手轮至所需压力,此时试样室可稳定保持表上所指压力。

(4)每个试样在同一级压力下的平衡时间不同,为了确定每个试样的平衡时间,试验采用精密电子天平每隔12或24 h快速称量一次试样,若24 h内前后两次读数变化值在0.01 g内,即可认为已达到平衡。

(5)所有试样平衡后,然后按前述各步再进行下一级压力的测定,压力级数分别为0.1 bar、0.3bar、0.5 bar、1 bar、2 bar、3 bar、5 bar、10 bar。

(6)最后一级压力平衡后,将土样放入烘箱干燥,在105℃±2℃的温度下烘干至恒重,称量干土质量。

2 试验结果与分析

2.1 原状样

从图2原状样土水特征曲线中可以看出,相同高度不同面积的原状样曲线基本一致,即面积增加对试样持水特性没有影响;试样高度增加对土水特征曲线影响很大,试样高度较大的曲线明显上移,即试样高度增加使得在相同吸力下土样含水率增加,脱水难度增大。

2.2 不同初始含水率重塑样

图3和图4表明,在低吸力条件土样含水率随初始含水率的增加而增加,初始含水率22%、24%的土样在10~50 k Pa区间内变化最大,初始含水率16%、18%的土样在100~300 k Pa区间内变化最大,初始含水率26%的土样在50 k Pa以下含水率基本上没有变化。

2.3 不同干密度重塑样

图5和图6中规律性十分明显,干密度越低含水量越高;在30 k Pa以后试样含水率发生急剧变化,干密度越低含水率下降的越快;在100 k Pa以后各试样的含水率开始接近,在后期干密度低的试样含水率几乎一致。

3 考虑体积变化的土水特征曲线

膨胀土具有脱水收缩现象,体积必会发生一定的改变,因此用体积含水率代替(重力)含水率来表示土体的持水性能。方法是采用收缩试验成果来校正脱湿土样的实际体积含水率,公式如下。

式中,λv1和λh1是收缩曲线中含水率高于缩限时的收缩系数;λv2和λh2是收缩曲线中含水率低于缩限时的收缩系数,其中:λv=λh。对试验所得土水特征曲线进行修正,其结果如图7~图9。

4 土水特征曲线的模型拟合

压力板试验结果为一系列点,为了将其变成连续的函数用于计算,人们通过不同的方法提出许多SWCC模型[10—15],其中代表性的模型如表3所示。

其中:s为吸力;θ为含水率;Se为有效饱和度se=(θ-θr)/(θs-θr),θs、θr分别为饱和、残余含水率;sa为进气值,其他符号为各模型各自的拟合参数。这些模型中,Brooks&Corey模型最为简单,且模型中的参数也具有明确的物理意义;Van Genuchten和Fredlund&Xing两个模型拟合效果最好,因此这三个模型在非饱和土力学中最为常用。本文采用VG模型进行拟合,拟合结果表明VG模型能够较好地模拟原状膨胀土的土水特征曲线。见表4~表6。

5 结论

对南阳膨胀土状土原和重塑土开展压力板试验结果表明:

(1)从原状样土水特征曲线中可以看出,相同高度不同面积的原状样曲线基本一致,试样高度增加对土水特征曲线影响很大,试样高度较大的曲线明显上移,即试样高度增加使得在相同吸力下土样含水率增加,脱水难度增大。

(2)初始含水率不同的重塑膨胀土样土水特征曲线差异很大,在极低吸力条件下土样含水率随初始含水率的增加而增加,不同初始含水率土样在不同基质吸力区间内变化不同。

(3)不同干密度的重塑膨胀土样土水特征曲线规律性十分明显,低吸力条件下干密度越低含水量越高;在30 k Pa以后试样含水率发生急剧变化,干密度越低含水率下降的越快;在100 k Pa以后各试样的含水率开始接近,最终试样含水率几乎一致。

摘要：为研究南阳膨胀土土水特征曲线,采用美国Soil moisture公司生产的陶土板进气值为15 bar的压力板仪对原状样和重塑样进行了研究;其中原状样进行了不同高度或面积系列下的研究,重塑样进行了不同干密度或含水率系列下的研究;并采用控制变量法来得出结论。研究结果表明:1面积增加对原状试样的持水特性没有影响,但是高度对土水特征曲线的影响很大,高度增加使得在相同吸力下土样含水率增加,脱水难度增大;2对于重塑样,在相同干密度条件下,低吸力条件土样含水率随初始含水率的增加而增加,随着吸力的增加,从某一吸力值开始,含水率随吸力的增加而降低,初始含水率越高,这个值越低;3在相同的初始含水率条件下,低吸力条件干密度越低含水率越高,随着吸力增加,干密度越低,土样的含水率下降的越快,各试样的含水率开始接近,最后低干密度试样的含水率趋于一致;4考虑体积变化的影响对土水特征曲线进行修正并进行模型拟合,最后表明VG模型能够较好地模拟原状膨胀土的土水特征曲线。