非飽和土的滲透函數(shù)試驗(yàn)研究及其應(yīng)用.pdf

1、滲透函數(shù)和土水特征曲線是非飽和土領(lǐng)域的核心問(wèn)題。本文在回顧了前人基于上述方面的研究現(xiàn)狀后,利用試驗(yàn)、已有文獻(xiàn)以及數(shù)值計(jì)算,對(duì)考慮密度的非飽和土滲透函數(shù),考慮應(yīng)力的土水特征曲線,應(yīng)用土水特征曲線來(lái)確定Barcelona模型的參數(shù)進(jìn)行了研究,及其在邊坡滲流問(wèn)題的應(yīng)用等方面進(jìn)行了研究,得到如下新認(rèn)識(shí)：1.利用改進(jìn)的非飽和土水氣運(yùn)動(dòng)聯(lián)合測(cè)定儀對(duì)重塑非飽和黃土試樣進(jìn)行了不同增濕路徑下的浸水試驗(yàn),通過(guò)討論不同的測(cè)定方法的影響提出了最合理方法,在此基

2、礎(chǔ)上討論了增濕路徑對(duì)水氣兩相滲透系數(shù)的影響,結(jié)果表明增濕路徑對(duì)滲水系數(shù)影響較小,在后面構(gòu)造滲透函數(shù)時(shí)可不必考慮其影響。在前面討論的基礎(chǔ)上分兩條思路構(gòu)造考慮密度變化的非飽和土滲透函數(shù)：一條思路是利用歸一化思想對(duì)不同干密度下的相對(duì)滲透系數(shù)與飽和度曲線進(jìn)行歸一化,最終提出了考慮密度變化的歸一化滲透函數(shù),并驗(yàn)證了該函數(shù)的適用性；另一條思路是利用干密度、滲氣系數(shù)以及滲水系數(shù)3者間的關(guān)系建立考慮密度變化的滲氣滲水函數(shù),該函數(shù)即可間接確定滲水系數(shù),又

3、可定量描述非飽和土孔隙中水氣運(yùn)動(dòng)之間的相互影響,同樣通過(guò)驗(yàn)證試驗(yàn)亦表明該函數(shù)在一定范圍內(nèi)符合度較好。2.通過(guò)對(duì)已有文獻(xiàn)中不同固結(jié)壓力下土水特征曲線試驗(yàn)數(shù)據(jù)的再分析,在選取最優(yōu)的土水特征曲線公式描述試驗(yàn)數(shù)據(jù)后,討論了不同固結(jié)壓力下土水特征曲線關(guān)鍵參數(shù)和公式擬合參數(shù)間的關(guān)系,以及公式擬合參數(shù)隨孔隙比的變化規(guī)律,進(jìn)而通過(guò)孔隙比為紐帶將固結(jié)壓力和這些參數(shù)建立關(guān)系,最終得到了考慮固結(jié)壓力影響的土水特征曲線公式。此外,本文還分析了不同固結(jié)壓力下的土

4、水特征曲線試驗(yàn)中的吸力—變形特性,發(fā)現(xiàn)SI屈服線隨固結(jié)壓力呈現(xiàn)線性遞增再趨于不變的趨勢(shì),這與前人認(rèn)為SI屈服線是水平直線的結(jié)論存在不同之處。3.本文對(duì)利用土水特征曲線預(yù)測(cè)Barcelona模型參數(shù)的方法進(jìn)行了初步探索,借助?；了卣髑€提出了對(duì)Barcelona模型參數(shù)預(yù)測(cè)的新型公式,通過(guò)對(duì)已有文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè),證明本文公式的預(yù)測(cè)精度較好,為以后建立考慮應(yīng)力狀態(tài)和增、減濕路徑影響的非飽和土本構(gòu)模型邁出了第一步。4.由于時(shí)間和筆者能力有限

5、,前面所提出的滲透函數(shù)和土水特征曲線未能應(yīng)用到飽和—非飽和滲流有限元計(jì)算中,故本文在數(shù)值計(jì)算中利用了與計(jì)算軟件較為匹配的土水特征曲線和滲透函數(shù)預(yù)測(cè)方法,對(duì)一土坡模型分別進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)條件下的降雨入滲數(shù)值試驗(yàn),結(jié)果表明：在穩(wěn)態(tài)條件下,影響土中吸力保持的首要因素是降雨強(qiáng)度與飽和滲透系數(shù)之比；在瞬態(tài)條件下,孔隙水壓力沿邊坡深度的分布取決于降雨強(qiáng)度、飽和滲透系數(shù)、土水特征曲線和貯水函數(shù)。當(dāng)土的滲透系數(shù)較低而貯水系數(shù)較高時(shí),負(fù)孔隙水壓力(基質(zhì)吸