含水率及应力状态影响的土水特征曲线试验及模型预测研究

摘要

土水特征曲线（Soil-water characteristic curve,SWCC）是研究非饱和土的一个重要性质，其地位相当于饱和土力学中的e-lgp曲线。从中可以得到非饱和土的力学以及水力学特性，如体变、抗剪强度、渗透性等，因而其研究受到了广泛关注。现在公认的影响SWCC的几个因素为：土体类型、土体结构、矿物成分、击实功，击实含水率，干密度、孔隙比、应力历史以及应力状态等。其中这些影响因素又分为了如土体类型孔隙结构等的内部因素，以及如应力历史以及应力状态等的外部因素。基于应力状态以及初始含水率对于SWCC的影响，其本质是因为土体内部的孔隙大小以及结构发生了改变这一思想。本文从探究SWCC与应力状态以及含水率的关系出发，结合土样孔径的变化，进行了压力板仪试验。并运用试验数据进行拟合和预测了外推了一般试验条件下无法得到的土水特征曲线，得到了预测SWCC的较为简单的方法。本文主要工作和成果如下：
　　(1)对试验用土进行了土工试验，得到了该土样的基本物理性质，为之后的试验做好了准备。
　　(2)采用GEO-Experts应力相关压力板仪，在不同应力状态下对重塑土进行脱湿试验得到完整的水土特征曲线并且对其进行比较。发现应力对于SWCC的主要影响在于进气值以及初始阶段的脱湿速率。其主要原因是随着应力的增加，土样被进一步压缩，土体中孔径变小，土中水更加难以被排出。
　　(3)对于不同含水率的试样在相同应力状态条件下进行压力板仪试验，将得到的SWCC分别用Van Genuchten模型（简称VG模型）和Brooks和Corey模型拟合，求得其进气值以及脱湿速率，发现当含水率越高脱湿越困难，其进气值会随之增加，同时脱湿段斜率变小，脱湿速率减慢。主要原因是当含水率高的时候，其中水的相互作用力更强，因而更加难以被排出。
　　(4)运用Van Genuchten模型、Brooks and Corey模型以及Fredlund-Xing4参数模型对试验结果进行拟合，进行对比，得出适用于该黏性土的拟合方程式，并对三种模型的适用性进行了比较。并且运用赤池信息量准则对于这三种模型进行了分析。
　　(5)对试验试样进行了压汞试验，测得土体孔径分布规律，反推得到SWCC，并将其与实测值进行比较。从中可以得到孔径大小影响水土特征曲线的原因。
　　(6)通过采用不同个数实测点来进行拟合，然后通过拟合公式来外推完整的SWCC，经过比较分析，得出了预测SWCC较为有效的方法。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2 国内外研究现状与动态分析

1.3研究目的及主要研究内容

1.4 主要创新点

第二章 土样及试验方法

2.1引 言

2.2 供试土料

2.3 压缩试验

2.4 SWCC试验

2.5压汞实验

第三章 试验结果与分析

3.1应力状态对SWCC的影响

3.2 含水率对SWCC的影响

3.3 SWCC试验误差分析

3.4 孔径分布对SWCC的影响

第四章 SWCC的模型预测与分析

4.1引言

4.2数据选取及模型拟合方法

4.3不同应力下SWCC的模型拟合结果及分析

4.4不同饱和含水率下SWCC结果及分析

4.5 压汞试验拟合分析

4.6赤池信息量准则的评价

4.7 SWCC的预测

4.8模型拟合结果分析

4.9本章小结

第五章 结论与展望

5.1 本文结论

5.2 展望

参考文献

致谢