江西非饱和红土土-水特征曲线研究

摘要

在工程中,大多数的岩土工程问题完全或部分属于非饱和土的范畴。因此,研究红土的非饱和特性具有重要的理论和实际意义。研究非饱和土特性的首要问题是了解土-水特征曲线(SWCC),掌握不同影响因素下的土水运移规律。土-水特征曲线的测量不仅需要专门的仪器,而且需要花费大量的时间,尤其是吸湿曲线,从而导致土-水特征曲线在工程应用中并不方便,因此很多学者提出了SWCC模型,但这些模型都具有各自的适用范围,为了找到合适的SWCC模型,还需要通过试验进一步验证。有的学者还提出了利用脱湿曲线预测吸湿曲线的本构模型,这样虽然可以大大的缩短试验时间,但是由于土样区域性的特点,仍然需要通过试验来验证它的适用性。残余含水量在土-水特征曲线中是一个重要的参数,标志着土样进入残余阶段,脱水越来越慢,它还与Bishop单应变强度准则中的参数有关。
　　本文以江西典型的红土为研究对象,利用GEO-Experts压力板仪,进行应力相关的土-水特征曲线及其滞后现象的研究。研究内容包括不同粒径、不同干密度、不同含水量及不同预固结压力对土-水特征曲线的影响,通过三种常用的SWCC模型对试验数据进行拟合和分析,找出适合江西典型红土的土-水特征曲线方程,并提出了模型中参数的取值范围,成果对工程实际具有借鉴作用。本文还对吸湿曲线进行拟合和预测,最后提出了土水特征曲线的双曲线模型,该模型对计算残余含水量非常方便。主要研究内容如下:
　　(1)选取南昌某二级公路上的土样,进行基本的物理力学试验,得出红土的基本物理力学指标。
　　(2)介绍了GEO-Experts压力板仪的装置及试验原理,利用GDS压力板仪研究不同因素(干密度、含水量、颗粒级配及预固结压力)影响下非饱和红土的土-水特征曲线。
　　(3)利用GEO-Experts压力板仪测定土-水特征曲线时,预固结过程必须用到透水石。通过对饱和土样的脱水试验发现,透水石中的水和土样中的水一样也会被排到量管里,由排出到量管中水量去反算试样的含水量,这样得到的试样含水量不是真实的,使得基质吸力相对应的土样含水量偏小。为了减小试验误差,针对透水石进行了六种不同的处理方案试验。
　　(4)为了深入了解土-水特征曲线的滞后特性,利用GDS压力板仪进行脱湿和吸湿循环的土水试验,以及反复脱湿和吸湿循环的土水试验。
　　(5)为了更好地理解非饱和红土的土-水运移规律,利用三种SWCC模型对不同影响因素下的试验数据进行拟合并分析,得到了三种模型各自参数的取值范围。
　　(6)对吸湿曲线进行拟合,发现三种SWCC模型都适合,并分析了这些参数的变化规律。最后利用简化的Feng&Fred1und(1999)模型对吸湿曲线进行了较准确的预测。
　　(7)提出描述土水特征曲线的双曲线模型,利用坐标变换可以较简便且准确的得到残余体积含水量。在不同的影响因素下,双曲线模型中参数a的取值范围为0.06~0.08,参数b的取值范围为-0.6~-0.2。双曲线模型对其它土样也有较高的适用性,得到的残余含水量还可以方便的求取有效应力参数。
　　(8)在饱和红土试样中,利用双曲线模型得到的残余体积含水量与B-C模型、VG模型和F-X模型中得到的残余体积含水量基本相等,说明利用该模型可以较方便的得到残余体积含水量。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 研究背景和意义

1.3 国内外研究现状

1.4 课题研究的内容

1.5 技术路线

第二章 试验装置和制样

2.1 试验目的

2.2 试样的基本物理性质

2.3 试验方案设计

2.4 试样的制备

2.5 小结

第三章 透水石对 GEO-Experts 压力板仪排水的影响

3.1 研究目的

3.2 试验方案

3.3 试验结果及分析

3.4 结论

第四章 非饱和红土土-水特征曲线

4.1 土-水特征曲线基本概念

4.2 土-水特征曲线的滞后性

4.3 土-水特征曲线的影响因素

4.4 小结

第五章 非饱和红土土-水特征曲线方程

5.1 土-水特征曲线方程描述

5.2 不同模型对试验数据的拟合及比较

5.3 对边界吸湿曲线的预测

5.4 土-水特征曲线的双曲线模型

5.5 土-水特征曲线在非饱和土中的应用

5.6 小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果