非饱和黄土水汽迁移规律的试验研究及数值分析

摘要

黄土中含水量的变化会对其变形和强度特性造成重要影响,致使黄土工程出现沉陷、塌岸、开裂、边坡失稳等灾病害问题,而土体中水分迁移是造成含水量发生变化的主要原因。因此,掌握土体中水分迁移规律不仅可以完善非饱和土体的理论研究工作,对实际工程也具有重要意义。水分迁移主要分为气态水迁移和液态水迁移两种,本文以西安地区的非饱和黄土作为研究对象,在等温条件下对非饱和黄土进行了气态水迁移规律和气、液水混合迁移规律的试验研究,结合推导所得的气态水迁移方程和液态水迁移方程,运用数值计算软件对方程进行编程求解,最后将计算结果与试验结果进行对比分析。得到的主要研究成果如下:
　　基于试验结果,探讨在不同影响因素下气态水迁移规律和气、液态水混合迁移规律以及两者的关系。试验研究表明:含水量水平、梯度的改变对气态水迁移量均有一定的影响,并且含水量梯度对气态水迁移量的影响程度较含水量水平高;其次,随着迁移时间的增加,气态水迁移量也逐步增大,但是迁移速率会逐渐降低。试验数据还表明,在保持含水量梯度不变的情况下,气态水迁移量随含水量水平的提高而增加,但当含水量水平达到一定程度后,气态水迁移量反而减小。通过试验对比揭示出当含水量低于某一界限值时黄土中只存在气态水迁移,高于该临界值时,土体中水分迁移形式由气态水迁移转变为气、液态水混合迁移,且随着含水量的提高,气态水迁移量在总迁移量中所占的比重逐渐降低。
　　利用非饱和土力学等相关理论,推导得到了二维气态水及液态水迁移方程。然后运用有限差分法将迁移方程转化为差分形式,进而利用 fortran软件编制计算程序,对不同初始含水量分布下的气态水迁移以及气、液态水混合迁移进行了数值分析。首先对非饱和土体中只存在气态水迁移时进行数值计算,结合试验结果验证气态水迁移方程和程序的合理性;其次考虑非饱和土体中气态水迁移和液态水迁移同时存在时,将气态水和液态水迁移方程进行耦合得到计算结果,结合试验结果验证其合理性。

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1. 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究的目的与意义

1.3 国内外水汽迁移的研究现状

1.4 本文的研究内容

2. 非饱和土体水汽迁移的相关理论及分析

2.1概述

2.2非饱和土中水汽基本理论及分析

2.3水汽迁移的两种形式

3. 非饱和黄土水汽迁移试验的研究

3.1概述

3.2试验简介

3.3气态水迁移分析

3.4气、液态水混合迁移分析

3.5气态水迁移和气、液态水混合迁移的关系

3.6 试验研究小结

4. 水汽迁移数值计算评价分析

4.1 概述

4.2 有限差分法

4.3 非饱和土的气态水迁移的数值计算及评价分析

4.4 非饱和土的气、液态水混合迁移的数值计算及评价分析

4.5数值计算与评价分析小结

5. 总结与展望

5.1 总结

5.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间得到的研究成果