考虑体应变及干湿循环的黑龙江膨胀土土水特征研究

【目的】探讨初始干密度、干湿循环作用及膨胀土体应变对黑龙江引嫩工程渠基膨胀土土水特征的影响,为松嫩平原地区膨胀土土体的渗流研究及其非饱和本构模型的建立提供参考。【方法】以黑龙江膨胀土为研究对象,采用高速恒温冷冻离心机,对4种不同初始干密度（1.45,1.53,1.58和1.63 g/cm³）重塑试样及同一初始干密度下1,3,5次干湿循环试样进行恒温冷冻离心试验,同时平行进行4种不同初始干密度下的收缩试验,并对膨胀土进行体应变修正;基于Gardner模型,建立可以考虑体应变及干湿循环影响的土水特征拟合公式。【结果】体应变修正后的土样体积含水率较修正前提高1.4%~2.8%,且基质吸力越高提高的幅度越大;初始干密度为1.45,1.53,1.58和1.63 g/cm³的4种试样的进气值分别为12.42,38.46,52.21和87.19 kPa,说明初始干密度越大进气值越大,且初始干密度越大试样的土水特征曲线越平缓,持水性越好;随循环次数增加,试样的持水性变差,但会在循环3次后趋于稳定;所建立的土水特征拟合公式能够同时描述基质吸力随初始孔隙比（或干湿循环次数）、体积含水率2个因素的变化规律。【结论】初始干密度及干湿循环作用对黑龙江膨胀土的土水特征曲线有显著影响,同时膨胀土自身性质引起的体应变对土水特征曲线影响较大,在分析膨胀土土水特征时要充分考虑以上因素的影响。     

三轴状态原状结构性黄土基质吸力特性研究

【目的】研究三轴应力条件下原状结构性黄土的基质吸力特性,为黄土的工程应用提供参考。【方法】通过常规三轴试验,研究采自陕西西安、甘肃定西、新疆石河子的黄土1、黄土2和黄土3 3种原状结构性黄土的构度指标,分析构度指标随含水率的变化关系及基质吸力随构度指标的变化关系。在不同湿度、不同围压条件下,通过非饱和土三轴仪对原状结构性黄土进行控制气压力的常含水率试验,分析饱和度、围压对基质吸力的影响,并揭示常含水率剪切过程中基质吸力的变化规律。【结果】原状结构性黄土的基质吸力和构度指标均随含水率的增大而降低,基质吸力随构度指标的升高而增大,表明黄土的结构性越强,基质吸力相对越大;在固结过程中,试样基质吸力随着围压的增大而逐渐降低;在试样剪切过程中,不同含水率试样基质吸力随轴向应变的增长表现出不同的变化规律,3种供试黄土含水率(w)小于塑限含水率(即黄土1w=13%,15%,黄土2w=15%,18%,黄土3w=11%,13%)时,试样基质吸力随着轴向应变的增加而增大,当含水率大于等于塑限含水率(即黄土1w=18%,23%,黄土2w=21%,24%,黄土3w=16%,20%)时,试样基质吸力随着轴向应变的增加而减小。在初始含水率引起的饱和度变化及试样剪切过程中引起的饱和度变化两种情况下,试样的基质吸力有着不同的变化规律,前者呈单调下降趋势,后者在含水率小于塑限时呈单调上升趋势,在含水率大于等于塑限时呈单调下降趋势。【结论】结构性黄土基质吸力特性与湿度、构度、围压、饱和度等多种因素相关;土样含水率在大于等于塑限与小于塑限时基质吸力有着不同的变化趋势。     

非饱和黄土水分特征曲线的研究

采用压力板法测定了非饱和黄土的基质吸力。结果表明，非饱和黄土的水分特征曲线可用幂函数关系描述；吸着水含量与毛细管水含量随基质吸力的增大而减小；基质吸力由吸着力和毛细管力形成     

侧限条件下膨胀土增湿变形计算模式研究

【目的】研究膨胀土在增湿过程中的膨胀变形规律,提出膨胀土在侧限条件下的增湿变形计算模式。【方法】以采自安康的膨胀土为试样,在压缩仪上对不同初始干密度的试样分别进行无荷载分级浸水试验、无荷载分级浸水变形稳定后的压缩试验、有荷载分级浸水及一次性浸水变形试验,测定膨胀土在浸水过程中的变形情况,分析总结其变形规律,提出其增湿变形计算模式,并对提出的计算模式进行验证。【结果】无荷载作用下的分级浸水试验中,各试样的膨胀率均随着含水率的增加而增大;浸水变形稳定后对其进行压缩试验,各试样膨胀率随着垂直压力的增大而减小。试样在有荷载分级浸水试验中,在较大压力下,膨胀率随着含水率的增大先稍有增加,后又减小而表现为压缩变形;在压力较小时,试样的膨胀率基本上是随着含水率的增加而增大;在含水率增加到饱和状态时,膨胀变形趋于稳定。有荷载一次性浸水变形试验中,试样所受压力越小,膨胀率越大;初始干密度越大,膨胀率也越大。提出了如下增湿变形计算模式:无荷载作用下不同初始干密度膨胀土在分级浸水过程中,膨胀率随含水率增加的变化符合双曲线规律;浸水变形稳定后进行压缩试验,试样膨胀率与压力的关系呈双曲线规律。有荷载作用下膨胀土分级浸水试验中,试样含水率的累积增加量与膨胀率的变化规律基本符合二次曲线关系;试样在压缩稳定后一次性浸水变形试验中,最大膨胀率与初始干密度呈线性变化规律。【结论】提出了侧限条件下膨胀土增湿变形的计算模式,将计算模式用于宁夏某渠道地基变形分析,结果基本符合实际情况。用该模式对试验结果进行回判分析,计算数值与试验数据吻合较好。     

容重对斥水粘壤土水分运动特性的影响

为研究容重对斥水粘壤土水分运动的影响,本文选用5个不同容重斥水粘壤土,采用压力膜法测定其土壤水分特征曲线,应用RETC软件中的van Genuchten模型、Brooks-Coery模型模型进行拟合水力参数,并对拟合效果进行评价,分析进气值及土壤水分常数的影响。结果表明:不同容重的斥水粘壤土水分特征水曲线变化,在低吸力阶段随着吸力增加,土壤含水率下降速度较快,土-水曲线呈平缓状;在高吸力阶段,土壤含水率下降速度较慢,容重对各参数土-水曲线呈陡直状;用van Genuchten模型回归斥水粘壤土水分特征曲线参数,得出残余含水率、经验参数n随容重变化没有显著差异,经验参数a随容重增加减小,进气值随容重的增加而增加(关系符合Rational模型,R2为0. 9835)。该成果可为斥水粘壤土入渗研究提供水分运动特性。     

膨胀土地基增湿变形的离心模型试验研究

【目的】根据渠道地基的运行特点,对浸水条件下的膨胀土渠道地基进行离心模拟试验。【方法】将模型离心加速度增加到60g,然后浸水并保持水头8.5 cm,再用各种传感器测量浸水过程中模型的表面位移、内部土压力和吸力。【结果】在上覆水压力作用下,膨胀土先发生压缩,然后由于水分浸入发生轻微膨胀,并导致侧压力系数逐渐增大。试验后对模型含水量和干密度的测定表明,模型内形成了含水量梯度,干密度随深度逐渐增加而增大。【结论】模型变形和内部土压力变化是模型内部含水量变化的结果,同时也受上覆压力影响;基质吸力主要与含水量有关,受重力加速度变化的影响较小。     

非饱和黄土水分特征曲线的研究

采用压力板法测定了非饱和黄土的基质吸力。结果表明，非饱和黄土的水分特征曲线可用幂函数关系描述，吸着水含量与毛细管水含量随基质吸力的增大面减小，基质吸力由吸着力和毛细管力形成。     

易溶盐含量对原状非饱和伊犁黄土强度的影响

【目的】研究易溶盐含量和基质吸力对非饱和伊犁黄土强度的影响规律,为伊犁黄土地区工程建设提供参考。【方法】利用水膜转移法将配置好的盐溶液加入原状伊犁黄土土样中,制成3种不同易溶盐含量(5,14,26g/kg)土样,采用非饱和土三轴仪进行3种不同易溶盐含量下控制净围压(100,200,300kPa)和基质吸力(50,100,150kPa)的三轴固结排水剪切试验,测定并分析土样强度的变化规律。【结果】非饱和伊犁黄土的偏应力-轴向应变关系曲线均为硬化型;在相同净围压和基质吸力作用下,易溶盐含量14g/kg非饱和伊犁黄土的强度最高。非饱和伊犁黄土的有效黏聚力随基质吸力的增大而增大,随易溶盐含量的增加呈先增大后减小的趋势,易溶盐含量5,14,26g/kg的非饱和伊犁黄土在50,100,150kPa 3种基质吸力下的有效黏聚力分别为21.30,31.50,40.50kPa,33.10,44.80,58.10kPa和19.70,28.30,36.70kPa。有效内摩擦角随基质吸力的增大基本不变;随易溶盐含量的增加呈先减小后增大的趋势,分别为23.33°,22.35°,23.76°。随着易溶盐含量的增加吸力摩擦角分别为10.76°,14.04°,9.65°,呈先增大后减小的趋势,且增减速率相同。【结论】基于Barcelona模型建立的非饱和伊犁黄土弹塑性模型的剪切屈服面方程,具有可以考虑易溶盐含量和基质吸力两个因素耦合变化的优点,适用于易溶盐含量较高的伊犁黄土。     

易溶盐含量对原状非饱和伊犁黄土强度的影响

【目的】研究易溶盐含量和基质吸力对非饱和伊犁黄土强度的影响规律,为伊犁黄土地区工程建设提供参考。【方法】利用水膜转移法将配置好的盐溶液加入原状伊犁黄土土样中,制成3种不同易溶盐含量（5,14,26 g/kg）土样,采用非饱和土三轴仪进行3种不同易溶盐含量下控制净围压（100,200,300 kPa）和基质吸力（50,100,150 kPa）的三轴固结排水剪切试验,测定并分析土样强度的变化规律。【结果】非饱和伊犁黄土的偏应力 轴向应变关系曲线均为硬化型;在相同净围压和基质吸力作用下,易溶盐含量14 g/kg非饱和伊犁黄土的强度最高。非饱和伊犁黄土的有效黏聚力随基质吸力的增大而增大,随易溶盐含量的增加呈先增大后减小的趋势,易溶盐含量5,14,26 g/kg的非饱和伊犁黄土在50,100,150 kPa 3种基质吸力下的有效黏聚力分别为21.30,31.50,40.50 kPa,33.10,44.80,58.10 kPa和19.70,28.30,36.70 kPa。有效内摩擦角随基质吸力的增大基本不变;随易溶盐含量的增加呈先减小后增大的趋势,分别为23.33°,22.35°,23.76°。随着易溶盐含量的增加吸力摩擦角分别为10.76°,14.04°,9.65°,呈先增大后减小的趋势,且增减速率相同。【结论】基于Barcelona模型建立的非饱和伊犁黄土弹塑性模型的剪切屈服面方程,具有可以考虑易溶盐含量和基质吸力两个因素耦合变化的优点,适用于易溶盐含量较高的伊犁黄土。     

从饱和度再认识非饱和表层土吸力

为了探讨非饱和土水膜中的重力水对总吸力的影响,根据饱和度大小情况,将非饱和土中的水、气形态分成了四类,即界限饱和度Sr1,Sr2,Sr3,Sr4.分析了非饱和土中的总吸力组成和水膜中重力水对总吸力的影响,并推导出界限饱和度Sr2条件重力水对总吸力影响的计算公式,在此基础上给出了颗粒级数分别为10-3mm~100mm的总吸力与饱和度的关系图.最后选择了一种试验值模拟比较.模拟比较表明,考虑重力水的作用下理论计算值与实测值更加吻合,从而证实了重力水对吸力的影响是不可忽略的.     

膨润土与黏性土复合改善沙土保水性的研究

[目的]为了改善干旱少雨、水资源短缺地区土壤持水和保水能力。[方法]以土壤干密度、膨润土掺叠和黏性土掺量为因素,设计正交试验研究膨润土与黏性土复合对沙土持水性和保水性的作用。[结果]沙土持水率随干密度的增大而减小,随膨润土和黏性土掺量的增加而增大,最优组合为干密度1.30 g/cm3、膨润土掺量6%、黏性土掺量20%,各因素对持水率影响的主次顺序为干密度、黏性土掺量和膨润土掺量;总体上看,沙土保水性随干密度和膨润土掺量的增大而增大,随黏性土掺量的增加先增大后减小,黏性土最优掺量为15.0%,就保水性而言,最优组合为干密度1.50 g/cm3、膨润土掺量6%、黏性土掺量15%,各因素对保水性影响的主次顺序前期为膨润土掺量、干密度和黏性土掺量,后期为膨润土掺量、黏性土掺量和干密度;综合考虑持水率和保水性,最优组合为干密度1.40 g/cm3、膨润土掺量6.0%、黏性土掺量15.0%。[结论]膨润土和黏性土能显著提高沙土的持水性和保水性。     

设施栽培对土壤结构及水分特性的影响

在测定土壤水分特征曲线和土壤结构的基础上,就设施栽培对土壤水分特性及结构的影响进行了研究。结果表明:设施栽培后土壤水分特征曲线均低于同层露地土壤,土壤持水性降低;设施土壤与露地土壤水吸力与土壤含水量之间均存在显著的幂函数关系,具有良好的拟合性。设施栽培后0～40cm土层土壤总孔度和毛管孔度均有所增加,土壤田间持水量、有效水含量等水分常数显著提高,有利于改善耕层土壤结构。设施土壤和露地土壤供水性随土壤吸力增加呈递减变化趋势,上层土壤供水性优于下层土壤,两种土壤比水容量均在0.06MPa时达到10-2数量级,土壤吸力小于0.06MPa时设施土壤0～20cm土层对作物有效水的供给能力强于露地土壤。     

采煤对油松人工林土壤物理性质与水分的影响

以太原市西山油松人工林地为研究对象,对三个开采强度下油松林不同深度土壤物理属性和水分状况进行调查和分析测定,对比分析煤炭开采的影响。结果表明:随着煤炭开采强度的加大,土壤总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度下降,土壤上层和下层容重趋于一致,土壤饱和含水量下降。说明随着煤炭开采强度的加大,导致林地土壤结构变化,损害了林地土壤的保水性能。     

非饱和土实用化研究中的参数选择分析

 考虑吸力的非饱和土研究较为精确,但吸力量测起来比较困难。以含水率或饱和度作为参数的非饱和土实用化研究更有利于工程的实际应用。然而以含水率或饱和度作参数也有其自身的不足,基于细观理想球体颗粒模型,保持颗粒间水环体积不变,通过考察土体颗粒间相对位置发生变化时,各状态参数的变化情况来评价非饱和土实用化研究中状态参数选择的合理性,分析了在相同几何条件下,接触角变化对非饱和土中吸力的影响,提出了用湿密比作为状态参数代替传统的含水率或饱和度作参数法,并证明了湿密比在非饱和土实用化研究中作为状态参数的优越性。     

北京西山地区人工林土壤水分特性的研究

通过实测得出土壤水分特征曲线和土壤水分常数,并对北京西山地区不同立地条件下的土壤水分特性进行分析.结果表明,在中、低吸力段(＜1 5 MPa)土壤水吸力与土壤含水量之间存在显著的函数关系,经验方程:θ=ΑS-B对该地区的土壤水分特征曲线有良好的模拟性,土壤的有效水上限(田间持水量)为0.03 MPa 土壤水吸力所对应的土壤湿度,易效水与难效水的吸力界点以0.3 MPa 为宜,土壤的持水性和供水性较低,混交林水分特性优于纯林,同一立地条件下,底层土优于表层土.     

土壤干旱对冬小麦拔节期叶片碳代谢的影响

采用盆栽试验对不同土壤干旱条件下冬小麦拔节期叶片碳代谢进行了研究。结果表明,拔节期株高、地上部干重、根干重、总生物量、叶片叶绿素含量、蒸腾速率和光合速率均随土壤水分的减少而呈降低趋势;根冠比、叶片可溶性糖含量及水分利用效率均呈增加趋势。     

浙北海涂土壤持水特性研究

对浙江北部不同时期围垦的海涂土壤持水特性进行了研究.结果表明,海涂土壤持水曲线为双曲线型,持水模型以对数函数模型较优.在高吸力段(80～1 200kPa),海涂土壤的持水量与物理性粘粒(<0.01 mm)含量呈正相关(r＝0.961 9**),物理性粘粒含量愈大,持水量也就愈高;而在低吸力段,围垦越早的海涂土壤持水量越大,但围垦时期间隔较短(小于20 a)的海涂土壤持水量变化不显著.比水容量C随吸力的增加而呈数量级递减;易效水含量(吸力S<80 kPa)与海涂围垦时间密切相关,围垦时间越长,易效水含量越高.     

新型保墒材料对黄绵土水分运移的作用机制研究

通过人工控水、自然蒸发试验,对高分子吸水剂和渗水膜两种保墒材料的抗旱作用机制进行了研究.结果表明,吸水剂与渗水膜在抑制土壤蒸发方面具有较强的互补性.吸水剂对土壤水分状况和蒸发性能的影响在于其对土壤水分物理性质的改善,并与用量和干旱过程密切相关.混剂土土壤容重略有增大,但最大持水量、总孔隙度并未减小,反而增大,同时,最小持水量、非毛管孔隙度及通气孔隙度均随吸土比增加而增大.混剂土对水分蒸发的抑制作用在含水量较高的干湿交替阶段远大于初始含水量较低的持续干旱阶段,且与用量成正相关.渗水膜覆盖对水分蒸发的抑制作用     

旱地土壤耕作生态对木薯生长及环境的影响

[目的]大面积改善土壤生态环境,提高木薯单产及品质。[方法]利用水分（雨水）控制技术,研究了不同土壤耕作生态类型对木薯生理生长及环境的影响。[结果]与降雨内涝淹水处理相比,降雨时正常排灌疏松土壤的含水量增加44．23％,容重降低17．32％,孔隙度增加38．26％,微生物菌落总数增加384．67％,水分利用效率提高22．65％,光合效率增加55．28％,水、土流失量分剐减少83．70％和125．29％,这诸多因素构成了良好的土壤耕作生态。木薯产量达到46800kg／hm^2;反之,降雨短时渍水处理、降雨内涝淹水处理．因其土壤耕作生态不良,其产量分别为19125、6225kg／hm^2。[结论]在合理利用天然降雨、不渍水不淹水而保持良好的土壤耕作生态条件下,木薯种植容易获得高产。