隴西黃土浸水入滲特性研究.pdf

1、黃土地區(qū)的地基病害主要因黃土濕陷而引起，且實際工程建設中，由于黃土浸水濕陷引起的工程事故屢見不鮮，造成了很大的經濟損失。浸水是黃土濕陷的直接誘因，因此，研究黃土的浸水入滲和增濕變形特性，預測黃土增濕變形量，具有重要的工程實際意義。 論文通過甘肅隴西黃土的現(xiàn)場浸水試驗和原狀黃土的物理性質、滲透性質等相關室內試驗，結合有限元數(shù)值計算，主要取得如下研究進展： (1)建立了考慮變形影響的黃土滲流連續(xù)性方程及其有限元控制方程

2、 黃土濕陷因水而發(fā)生，水在黃土中的滲流直接影響其濕陷變形；水在黃土中的滲流又受到黃土濕陷變形的影響，因此建立水在黃土中的入滲模型時應考慮濕陷變形的影響。 本文在建立黃土入滲模型時依據(jù)質量守恒定律，考慮了水的重力對入滲的影響，考慮了土體變形和飽和度對滲流的影響，不再假定土體為剛性多孔介質，建立了考慮土體變形影響的軸對稱滲流連續(xù)性方程，并應用Galerkin加權殘數(shù)法對該方程進行離散，得到水在黃土中滲流的有限元控制方程。該模型適用

3、于非飽和-飽和、非穩(wěn)態(tài)的滲流計算。 (2)探討了土水勢各分勢的確定方法 土水勢表明了土中水的能量狀態(tài)，是土中水運動的驅動力，是研究土中水運動的重要概念。目前，關于土水勢中溫度勢和溶質勢的研究，只有一些分散的試驗結論。 本文基于已有資料分析，總結得出受溶質和溫度影響的土水勢表達式。若需考慮溶質勢對土中水滲流的影響時，可將溶質勢和基質勢作為一個整體來考慮。建議不把溫度勢作為土水勢中獨立的量來考慮，而是在確定基質勢、水

4、分運動參數(shù)等時考慮溫度的影響。 (3)得到了考慮滲流和變形耦合的黃土增濕變形有限元模型 在隴西原狀黃土室內側限壓縮試驗的基礎上，建立了黃土增濕變形本構方程。將水在黃土中滲流的有限元控制方程和黃土增濕變形有限元方程組合，即得到考慮滲流和變形耦合的黃土增濕變形有限元模型。 (4)確定了黃土的滲透系數(shù)隨孔隙比和基質吸力變化的關系式 滲透系數(shù)是非飽和土的重要參數(shù)之一，其值變化范圍大且不易測量。本文基于試驗成果，確

5、定了非飽和黃土的滲透系數(shù)。 通過對隴西黃土的室內變水頭滲透試驗，得出土樣飽和狀態(tài)下的標準滲透系數(shù)(K20)和孔隙比(e)的關系。 通過對隴西黃土的粒度成分分析試驗，得到其粒度成分累計曲線，進而獲得相應的土樣水分特征曲線，結合隴西黃土現(xiàn)場浸水試驗，利用瞬時剖面法，得到了滲透系數(shù)與吸力的關系。 而后利用數(shù)學變換得出滲透系數(shù)隨孔隙比和基質吸力變化的關系式，為研究黃土的浸水入滲特性和黃土增濕變形數(shù)值計算打下基礎。