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多孔介质中毛细吸力作为其重要物性参数,有着重要的工程应用背景。本文结合Gardner模型的土水特征曲线和Micro-CT(Micro computerized tomography)断层扫描仪获取的多孔介质的结构形态参数,根据吸力和饱和度的拟合关系,建立了一维非饱和毛细上升模型。同时,采用有限差分方法对多孔介质非饱和毛细水上升模型进行非稳态求解,获取不同时刻湿度场和毛细吸力的分布情况,并给出了一种量化多孔介质毛细上升过程的理论方法。为验证该方法的有效性,本文在室内以窄筛分洗砂作为研究对象,通过室内试验测定其毛细吸渗上升过程及稳定时的湿度分布。结果证实,模拟结果和实测结果整体上具有较高的吻合性。本文提出的多孔介质毛细上升的预测方法具有可行性,可用于预测砂土的毛细水上升高度和湿度场的分布状态。 相似文献
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土-水特征曲线是非饱和土力学研究中的一条重要曲线,其拟合参数对于分析非饱和土的各种性质具有重要意义。基于渗析法及滤纸法试验,测定了合肥市某工地非饱和膨胀土的土-水特征。以van Genuchten模型为基础,采用科学计算语言Matlab中的Lsqcurvefit函数对试验结果进行了曲线拟合,分析了土-水特征曲线拟合参数的多解性及其影响因素。拟合结果表明：渗析法试验得到的吸力范围偏低,拟合参数多解性较为明显;综合2种试验结果,可以得到较大吸力范围内的土-水特征曲线,且参数多解性较小;参与土-水特征曲线拟合的试验数据点的吸力范围应足够大,试验数据点应能够代表整条曲线的形状,试验点不必太过于密集,否则土-水特征曲线拟合参数的多解性较为明显;另一方面,只要试验数据点能代表整条曲线的形状,试验数据点的个数不必太多。这一研究结果对提高土-水特征曲线拟合参数的精度、提高试验效率有重要指导意义。 相似文献
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在修正剑桥模型的基础上,提出了一个非饱和土毛细滞回与骨架变形耦合的弹塑性本构模型。该模型考虑了基质吸力与饱和度对屈服应力的影响,可以同时描述非饱和土的弹塑性变形特性与毛细循环滞回效应。根据塑性体变的产生使非饱和土进气值增大的特点,建立了变形对土-水特征曲线影响的数学描述。该模型有效地考虑了饱和度对前期屈服应力的作用,准确地反映了土体在不同土-水状态条件下（脱湿和吸湿过程）强度特性的变化,而且还可以有效地描述水力循环历史对土体变形的影响。通过与试验数据对比,证明了该模型能够模拟非饱和土的主要力学特性。 相似文献
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研究非饱和土微结构的动态演化规律对认识非饱和土宏观物理力学行为的本质有重要意义。然而目前岩土学界对此尚不清楚。文章提出利用毛细水算法进行非饱和土压缩数值试验,研究其宏观变形过程中土水作用与孔隙的演变规律。首先参考黄土骨架颗粒的形态和优势颗粒的大小,建立了540 μm×400 μm理想的非饱和土微观结构模型;其次利用毛细水模型计算某一含水率下水分分布及毛细力,并将此毛细力施加于土粒之间;然后施加外荷载,对含水率为5%、10%、18%的3个模型土样进行压缩模拟。模拟结果表明：模拟获得的压缩曲线与同工况试验曲线表现出了相同的变化规律,表明该模拟一定程度上能够反映土体在压缩过程中的宏观变形特征;在压缩过程中,随土体的变形,饱和度和基质吸力分别呈上升和下降趋势,且变化程度与含水率有关,表现为含水率越高,饱和度涨幅越大,而基质吸力却在土样干燥和近饱和时降幅较大;土体孔隙结构的演化形式与体积含水率有关,低含水率时孔隙以收缩变形为主,高含水率时以大孔隙压密为更小类型的孔隙为主。模拟结果可作为实验结果的有益补充,加深对土体宏观变形行为的认识。 相似文献
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桩周土场受冲刷作用的变化是部分埋置单桩结构失效的主要原因之一。工程中土场多呈层状,此类场地中桩基的力学特性研究日益受到关注。为精确揭示冲刷作用对层状土场中部分埋置单桩动力响应的影响,基于改进Vlasov地基模型,利用Hamilton原理建立层状土场中横向受荷单桩的动力学模型。利用有限差分法求解受冲刷作用单桩的固有频率,实现对冲刷作用下土−结构相互作用系统的准确建模,进而用Green函数法求得单桩受迫振动的解析解。通过数值计算和参数分析,研究了层状土场的物理特性对受冲刷作用部分埋置单桩动力响应的影响。结果表明：基于改进Vlaosv地基模型建立的层状土场中部分埋置单桩动力学模型可精确预测冲刷作用对桩基动力学特性的影响。随冲刷程度加剧,层状土场中单桩的第一阶固有频率显著降低,改进Vlasov地基模型中各层土体的地基反力系数均减小,剪切系数则增大。当冲刷至非埋置段桩长 （ 为桩长）时,部分埋置单桩在动荷载作用下出现横向失稳现象。随底层土体厚度增加,各冲刷等级下单桩的第一阶固有频率均增大。如果第1层土的弹性模量增大了约0.43倍、1.14倍、1.86倍,则冲刷等级为0时单桩第一阶固有频率分别增大了约8.9%、19.5%、27.1%。 相似文献
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在温度、水头等边界条件往复变化时,土体内的水分迁移过程会出现滞后效应。为了模拟非饱和土在经历温度循环时水力特性,提出了一个能够反映滞后效应的经验模型,该模型假定各扫面线的曲线形态与对应边界线相似,因此利用土−水特征曲线中两条边界线的方程,无需引入新的参数,即可得到任意状态出发的扫描线方程。以高岭土为介质,设计了循环温度驱动下的土柱试验,在不透水的土柱内,利用水浴加热的方式使土样一端进行升降温循环。试验结果表明,升温后孔隙水会从高温端向低温端迁移,温度降低到初始状态后,含水率的分布不会完全恢复到初始状态,而是表现出一定的滞后效应。利用该滞后模型进行数值计算,可以较好地反映试验过程中滞后效应对土体含水率变化的影响,并结合已有的砂土、粉土试验结果,验证了该模型的有效性。该模型计算方法简单,易于通过程序实现,可应用于地质处置、供热管道设计等工程问题。 相似文献
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水膜理论在非饱和土中吸力的应用研究 总被引：6，自引：0，他引：6
非饱和土中总吸力问题一直是非饱和土土力学研究的一个重要分支。本文引用并引伸了水膜理论,把水膜理论的水膜范围扩展到包括结合水和毛细作用及基质吸力等引起的自由水（重力水）等部分,相应的水膜分离压也包括基质吸力和毛细作用,因此,非饱和土中的总吸力相应地可表示为扩展后的水膜分离压。从广义水膜理论及土性方面分析非饱和土总吸力,探讨了非饱和土中水膜对总吸力的影响,导出了广义非饱和土水膜理论下的总吸力公式,给出了非饱和土总吸力当土颗粒大小不同时与饱和度的关系。理论计算与试验结果吻合较好,表明了广义水膜理论对研究非饱和土总吸力具有一定的指导意义。 相似文献
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土-水特征曲线可以预测非饱和土的各种性质（如：非饱和渗透系数、剪应力和热学性能等）。但测量土-水特征曲线耗时久且花费昂贵。为了解决这一问题,目前,很多研究都致力于从基本的岩土工程性质预测土-水特征曲线。基于此,以MK（Modified Kovács）模型的2种形式（拟合方程和预测方程）为土-水特征曲线模型,以Matlab编程语言中的cftool为拟合工具,以西宁黄土、粉砂土、红黏土和冰碛土4种细粒土为研究对象,对比拟合方程和预测方程描述细粒土土-水特征曲线的效果和差异,分析MK模型中黏附饱和度 1解 的变化规律,提出了基于MK模型的饱和度进行参数敏感性分析的计算公式。结果表明：拟合曲线和预测曲线在描述4类典型细粒土土-水特征曲线时均具有较好的效果,但拟合曲线整体上优于预测曲线;土壤质地和黏粒含量影响 值;饱和度对拟合参数 的敏感性较大,对拟合参数 的敏感性较小。 相似文献
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The torsional dynamic response of a pile embedded in layered soil is investigated while considering the influence of the pile end soil. The finite soil layers under the end of the pile are modeled as a fictitious soil pile that has the same cross-sectional area as the pile and is in perfect contact with the pile end. To allow for variations of the modulus or cross-sectional area of the pile and soil, the soil surrounding and below the pile is vertically decomposed into finite layers. Using the Laplace transform and impedance function transfer method, the analytical solution for the dynamic response of the pile head in the frequency domain is then obtained, and the relevant semi-analytical solution in the time domain is derived using the inverse Fourier transform and convolution theorem. The rationality and accuracy of the solution is verified by comparing the torsional dynamic behavior of the pile calculated with the fictitious soil pile with those based on a rigid support model and a viscoelastic support model. Finally, a parametric study is conducted to investigate the influence of the properties and thickness of the pile end soil on the torsional dynamic response of the pile. 相似文献
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层状土层之间孔隙结构和水力学性质的不连续性对土体水盐运移有显著影响。基于现场调查,设计了两种不同粒径土层二元结构组合（黄土-砂质粉土和黄土-粉质黏土）的室内土柱试验,通过模型试验讨论了不同地下水补给条件下土层结构对毛细水分布和盐分累积的影响。试验结果表明：在毛细水补给条件下,黄土-砂质粉土构成的上细下粗型土层结构有利于毛细水盐运移,经过60 d蒸发后,其表层${\rm{SO}}_{\rm{4}}^{{\rm{2 - }}}$含量是上粗下细型土柱的两倍。在无毛细水补给条件下,砂质粉土层中水盐向上迁移总量和迁移速率大于粉质黏土层,最终上细下粗型土柱中上覆土层各层位离子含量均大于上粗下细型土柱。研究结果为层状土区盐渍土病害的防治提供了试验参考。 相似文献
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库水位等速上升中均质库岸塌岸现象及浸润线试验研究 总被引：3，自引：0，他引：3
为了研究库水位等速上升过程中均质水库岸坡的塌岸现象及岸坡内浸润线的变化特点,以取自三峡库区的含黏粒粉砂为主要试验土料,设计了3个不同结构的均质岸坡模型,对每个模型进行了4种不同速率的水位上升试验。试验结果表明,库水位上升速率越大,均质水库岸坡的塌岸现象越易发生;在库水位上升过程中,库水和地下水与岸坡土体的相互作用同时存在对岸坡稳定有利和不利的因素,其中地下水浸没区的毛细力消失是引起塌岸的关键因素;试验测得浸润线与理论计算结果的比较分析表明,浸润线的理论计算方法可能过高地估计浸润线的位置。 相似文献
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土体冻结特征曲线(SFCC)是对冻土中未冻水含量随负温变化关系的数学描述,是研究冻土水热迁移、冻胀、本构关系等问题的重要基础。目前对于SFCC的研究,其经验表达式居多,而物理机制研究相对较少。通过考虑土颗粒与冰界面的吸附作用及冰相尖点的毛细作用,基于冰水相变平衡压力由吸附压力与毛细压力两部分共同组成,从孔隙尺度提出一个新的饱和冻土SFCC模型。模型计算结果表明,当颗粒半径逐渐增大时,相同温度下未冻水含量将不断减小,SFCC也会变得更加陡峭。基于核磁共振设备对单分散SiO2微球冻融过程SFCC进行测试,试验结果与数学模型进行比较验证,结果表明新的SFCC模型与试验结果吻合较好,且具有明确的物理意义,可以为冻土基础研究提供理论依据。 相似文献
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为进一步探明沟灌二维土壤水分运动规律,以非饱和土壤水分运动理论为基础,建立了沟灌土壤水分运动数学模型,用多组试验资料对模型模拟结果进行验证,两者基本吻合,表明模型可用于模拟沟灌二维土壤水分入渗过程.用所建模型对不同因素组合下沟灌土壤湿润体特性进行模拟分析,结果表明:土壤初始含水率、沟间距对沟灌累积入渗量影响较小,土壤质地、容重、沟底宽和沟中水深对其影响较为显著;沟底宽、土壤初始含水率对土壤湿润体水分分布影响较小,土壤质地、容重对其影响较大,沟间距、沟中水深对其影响主要在零通量面附近,当入渗发生交汇后,零通量面处垂向湿润锋运移加快.以此为基础,建立了包含湿周在内的沟灌累积入渗量计算模型. 相似文献
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以田间试验为基础,分别用平衡模型和动力学模型计算了3个小区农田水分渗漏量和氮素淋失量,并对其结果进行了比较,平衡模型计算的水分渗漏量为191～202mm,氮素淋失量为38～63kg·N/hm2;而用动力学模型计算的水分渗漏量为168～234mm,氮素淋失量为27～53kg·N/hm2。造成结果差异的主要原因是:平衡模型没有考虑向上的水流和非饱和流;而动力学模型同时考虑了二者。动力学模型需要大量的田间实测资料,主要应用于农田氮素循环、定量评价水氮资源利用率、优化水肥管理措施等方面。平衡模型仅需要非常少的资料,就能够得到农田水分渗漏量和氮素淋失量,这对精度要求不太高的农田水肥管理来说,不失为一种好方法。 相似文献
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