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文檔簡介
1、基質(zhì)吸力廣泛存在于孔隙介質(zhì)中,是水氣交界面上收縮膜所承受的表面張力,該收縮膜上氣壓力與水壓力不等而產(chǎn)生的不平衡力稱為基質(zhì)吸力?;|(zhì)吸力是描述非飽和土物理力學(xué)性質(zhì)的重要參數(shù)之一,其能反映土體的滲透性、強(qiáng)度和應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)等?;|(zhì)吸力的影響因素有土體含水量、孔隙率、孔隙特征、土質(zhì)親水性和溫度等,其中溫度直接影響水膜張力和土質(zhì)親水性,又間接影響水粘滯性、吸附力和分子熱運(yùn)動(dòng)從而影響整體的基質(zhì)吸力。傳統(tǒng)的基質(zhì)吸力研究大多集中在飽和度與基質(zhì)吸力的相關(guān)
2、性研究中,而溫度對基質(zhì)吸力的影響研究較少。鑒此,本研究以理論與試驗(yàn)相結(jié)合的方法,開展溫度對非飽和土體基質(zhì)吸力的影響研究并對Van Genuchten模型進(jìn)行溫度修正,主要工作如下:
1)基于孔隙介質(zhì)物質(zhì)傳輸?shù)幕纠碚?,推?dǎo)了包含溫度影響函數(shù)的基質(zhì)吸力數(shù)學(xué)模型。參考前人對基質(zhì)吸力模型推導(dǎo)的研究思路,考慮了土體材料的孔隙結(jié)構(gòu)、水膜形態(tài)、飽和度、孔隙率、水表面張力和溫度等因素,經(jīng)過一系列的公式轉(zhuǎn)化、擬合和和合并,建立了包含多因素影響
3、的基質(zhì)吸力模型,模型最終形式為(此處為方程式略過),是含有4個(gè)參數(shù)和4個(gè)未知量的非線性數(shù)學(xué)模型,該模型的推導(dǎo)為不同溫度下基質(zhì)吸力測試試驗(yàn)的開展和模型參數(shù)的界定提供了理論基礎(chǔ)。
2)設(shè)計(jì)和完成了一套高精度測試不同溫度條件下基質(zhì)吸力與飽和度關(guān)系的試驗(yàn)測試系統(tǒng)。試驗(yàn)?zāi)康氖堑玫絻煞N孔隙率下不同溫度的基質(zhì)吸力與飽和度的數(shù)據(jù),為進(jìn)一步界定基質(zhì)吸力模型參數(shù)提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)主要由基質(zhì)吸力測試裝置、溫度控制裝置、水量測量裝置和氣動(dòng)加載裝置四
4、大部分組成。在試驗(yàn)過程中,根據(jù)試驗(yàn)需要改裝了空壓機(jī)使其能在低壓時(shí)自動(dòng)加壓,實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)自動(dòng)控制;改裝了壓力板儀自帶的玻璃管水體積測量裝置,更改出水管路使用高精度天平進(jìn)行測量;并根據(jù)試驗(yàn)土樣飽和要求自主設(shè)計(jì)發(fā)明了《簡易土體飽和器》(專利號:ZL201620792414.7)。
3)基于最小二乘法,MATLAB編程,結(jié)合壤土試驗(yàn)數(shù)據(jù)和前人文章中膨脹土試驗(yàn)數(shù)據(jù)對已推導(dǎo)的基質(zhì)吸力模型進(jìn)行參數(shù)界定。將試驗(yàn)數(shù)據(jù)代入MATLAB程序中計(jì)算出模
5、型的4個(gè)參數(shù),得到了壤土和膨脹土的多因素影響基質(zhì)吸力模型的最終表達(dá)式,并驗(yàn)證了模型的合理性。
4)根據(jù)已求得的壤土和膨脹土的基質(zhì)吸力模型,分析溫度直接和間接對基質(zhì)吸力的影響規(guī)律,并對傳統(tǒng)Van Genuchten模型(VG模型)進(jìn)行溫度修正??刂破渲凶兞糠治鰷囟扰c基質(zhì)吸力的相關(guān)關(guān)系,結(jié)果顯示,溫度與基質(zhì)吸力呈對數(shù)關(guān)系,隨溫度的增加基質(zhì)吸力減小,且在溫度較低的時(shí)候溫度對基質(zhì)吸力影響敏感性較大。傳統(tǒng)VG模型未考慮溫度對基質(zhì)吸力的影
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