干湿循环条件下泥岩颗粒料破碎机理及渗透特性研究

摘要

选取三峡库区砂、泥岩颗粒料作为研究对象，进行在荷载及干湿循环组合作用下的渗透固结试验及颗粒筛分试验。选取上覆荷载、土体干密度、粗颗粒含量为试验的影响因素。采用自制的颗粒破碎细观试验系统，试验系统由有机玻璃试验桶、上游供水装置、下游出水装置、热气源进气装置、砝码、量测设备（上下水头测压管、百分表、下游集水箱、高精度试验天平）组成。通过对试验数据进行分析比对，获得的结论及研究成果有:
　　(1)在干湿循环作用下，研究干密度、上覆荷载、粗颗粒含量对泥岩颗粒料的影响，总结了干湿循环条件下泥岩渗透特性及固结特性的变化规律。岸坡土体渗透特性的变化，必然会对岸坡渗流场产生影响，通过分析岸坡深度为0.5m、1m、2m、3m的土层渗透系数的变化，揭示了渗透特性演化对岸坡稳定性的影响。基于泥岩土样的空隙比和渗透系数的变化，利用Kozeny-Carman公式揭示了泥岩颗粒崩解破碎的破碎机理。在干湿循环效应下，泥岩同时受到固结作用和破碎作用的影响，试验前期以固结作用为主，当主固结作用的完成后则以颗粒破碎作用为主。
　　(2)通过对渗透固结试验结束后的泥岩颗粒料进行筛分，比较试验前后泥岩颗粒料各粒径组的颗粒含量变化的情况，发现2～5mm是颗粒含量增加最多的粒组，将2～5mm作为特征粒径组，衡量粗颗粒的破碎性能。采用hardin破碎势Bp对试验前后的泥岩颗粒级配进行量化，研究了在干湿循环效应下，干密度、上覆荷载、粗颗粒含量对泥岩颗粒料破碎程度的影响。基于熵增原理，使用基础熵NB对泥岩颗粒级配进行量化，建立泥岩颗粒组成演化模型，并对渗透系数K与基础熵NB进行拟合，发现渗透系数K与基础熵NB之间具有良好的相关性，则可通过土体渗透系数变化反映颗粒在干湿循环作用下的破碎情况
　　(3)对在水位反复升降的情况下砂泥岩质岸坡渗流稳性进行讨论，发现随着水位升降次数的增加，砂泥岩混合料孔隙平均粒径Do逐渐减小，小于混合料孔隙平均粒径Do的颗粒含量不断增加。建立了基础熵NB与小于土体平均孔隙直径的细颗粒含量的关系模型，提出了通过基础熵NB预测砂泥质岸坡发生渗透破坏的方法，揭示了粒组演化对码头岸坡渗流稳定性的影响。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 论文研究意义及立论依据

1．2 国内外研究现状

1．1．1 颗粒破碎崩解的影响因素

1．1．2 干湿循环试验方法探讨

1．1．3 熵的概念

1．2 本文主要研究内容及技术路线

1．2．1 主要研究内容

1．2．2 本文技术路线和研究方法

第二章 颗粒破碎细观试验系统与试验材料

2．1 概述

2．2 泥岩物理力学性质

2．2．1 物理性质

2．2．2 矿物组成

2．3 试验土料制备

2．3．1 初步破碎

2．3．2 颗粒筛分

2．4 试验方案的确定

2．4．1 试样干密度的选择

2．4．2 上覆荷载的确定

2．4．3 试验级配的设计

2．4．4 试样初始含水率的确定

2．5 试验系统及试验步骤

2．5．1 试验系统

2．5．2 试验步骤

2．6 本章小结

第三章 干湿循环条件下泥岩渗透固结特性试验研究

3．1 概述

3．2 干湿循环条件下固结特性研究

3．2．1 不同上覆荷载下的试验结果及分析

3．2．2 不同干密度的试验结果及分析

3．2．3 不同粗颗粒含量的试验结果及分析

3．3 干湿循环条件下渗透特性研究

3．3．1 渗透系数计算方法验证

3．3．2 上覆荷载对渗透特性的影响

3．3．3 渗流场变化对岸坡稳定性影响

3．3．4 干密度对渗透特性的影响

3．3．5 粗颗粒含量对渗透特性的影响

3．4 泥岩颗粒料崩解破碎规律

3．5 本章小结

第四章 基于熵增原理的颗粒破碎演化模型及应用

4．1 概述

4．2 颗粒破碎试验结果分析

4．3 Hardin破碎势分析

4．4 粒组演化规律分析

4．5 基于熵增原理的粒组演化模型

4．6 砂泥岩粒组演化模型应用

4．6．1 砂泥岩混合料级配演化预测

4．6．2 砂泥岩混合料平均粒径的演化预测

4．7 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 全文总结

5．2 展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论著及取得的科研成果