隴西黃土浸水入滲特性研究.pdf

1、黃土地區(qū)的地基病害主要因黃土濕陷而引起，且實(shí)際工程建設(shè)中，由于黃土浸水濕陷引起的工程事故屢見不鮮，造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失。浸水是黃土濕陷的直接誘因，因此，研究黃土的浸水入滲和增濕變形特性，預(yù)測(cè)黃土增濕變形量，具有重要的工程實(shí)際意義。 論文通過甘肅隴西黃土的現(xiàn)場(chǎng)浸水試驗(yàn)和原狀黃土的物理性質(zhì)、滲透性質(zhì)等相關(guān)室內(nèi)試驗(yàn)，結(jié)合有限元數(shù)值計(jì)算，主要取得如下研究進(jìn)展： (1)建立了考慮變形影響的黃土滲流連續(xù)性方程及其有限元控制方程

2、 黃土濕陷因水而發(fā)生，水在黃土中的滲流直接影響其濕陷變形；水在黃土中的滲流又受到黃土濕陷變形的影響，因此建立水在黃土中的入滲模型時(shí)應(yīng)考慮濕陷變形的影響。 本文在建立黃土入滲模型時(shí)依據(jù)質(zhì)量守恒定律，考慮了水的重力對(duì)入滲的影響，考慮了土體變形和飽和度對(duì)滲流的影響，不再假定土體為剛性多孔介質(zhì)，建立了考慮土體變形影響的軸對(duì)稱滲流連續(xù)性方程，并應(yīng)用Galerkin加權(quán)殘數(shù)法對(duì)該方程進(jìn)行離散，得到水在黃土中滲流的有限元控制方程。該模型適用

3、于非飽和-飽和、非穩(wěn)態(tài)的滲流計(jì)算。 (2)探討了土水勢(shì)各分勢(shì)的確定方法 土水勢(shì)表明了土中水的能量狀態(tài)，是土中水運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力，是研究土中水運(yùn)動(dòng)的重要概念。目前，關(guān)于土水勢(shì)中溫度勢(shì)和溶質(zhì)勢(shì)的研究，只有一些分散的試驗(yàn)結(jié)論。 本文基于已有資料分析，總結(jié)得出受溶質(zhì)和溫度影響的土水勢(shì)表達(dá)式。若需考慮溶質(zhì)勢(shì)對(duì)土中水滲流的影響時(shí)，可將溶質(zhì)勢(shì)和基質(zhì)勢(shì)作為一個(gè)整體來考慮。建議不把溫度勢(shì)作為土水勢(shì)中獨(dú)立的量來考慮，而是在確定基質(zhì)勢(shì)、水

4、分運(yùn)動(dòng)參數(shù)等時(shí)考慮溫度的影響。 (3)得到了考慮滲流和變形耦合的黃土增濕變形有限元模型 在隴西原狀黃土室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，建立了黃土增濕變形本構(gòu)方程。將水在黃土中滲流的有限元控制方程和黃土增濕變形有限元方程組合，即得到考慮滲流和變形耦合的黃土增濕變形有限元模型。 (4)確定了黃土的滲透系數(shù)隨孔隙比和基質(zhì)吸力變化的關(guān)系式 滲透系數(shù)是非飽和土的重要參數(shù)之一，其值變化范圍大且不易測(cè)量。本文基于試驗(yàn)成果，確

5、定了非飽和黃土的滲透系數(shù)。 通過對(duì)隴西黃土的室內(nèi)變水頭滲透試驗(yàn)，得出土樣飽和狀態(tài)下的標(biāo)準(zhǔn)滲透系數(shù)(K20)和孔隙比(e)的關(guān)系。 通過對(duì)隴西黃土的粒度成分分析試驗(yàn)，得到其粒度成分累計(jì)曲線，進(jìn)而獲得相應(yīng)的土樣水分特征曲線，結(jié)合隴西黃土現(xiàn)場(chǎng)浸水試驗(yàn)，利用瞬時(shí)剖面法，得到了滲透系數(shù)與吸力的關(guān)系。 而后利用數(shù)學(xué)變換得出滲透系數(shù)隨孔隙比和基質(zhì)吸力變化的關(guān)系式，為研究黃土的浸水入滲特性和黃土增濕變形數(shù)值計(jì)算打下基礎(chǔ)。