土吸力測(cè)量中濾紙法影響因素及其應(yīng)用研究.pdf

1、土體吸力是非飽和土力學(xué)中的一個(gè)重要概念，它在解釋工程問題中的非飽和土的力學(xué)性狀方面具有重要意義。測(cè)量土體吸力的方法已經(jīng)有多種，在這些方法當(dāng)中，濾紙法是唯一一種可以同時(shí)測(cè)量總吸力和基質(zhì)吸力的吸力測(cè)量技術(shù)，同時(shí)濾紙法也具有經(jīng)濟(jì)上廉價(jià)，操作上簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，因此具有廣泛的應(yīng)用前景。目前國內(nèi)外的學(xué)者對(duì)濾紙法已經(jīng)有了相當(dāng)深入的研究，但是在濾紙法率定曲線的影響因素方面仍然有很多地方相關(guān)學(xué)者的觀點(diǎn)沒有達(dá)成一致，同時(shí)國內(nèi)學(xué)者濾紙法的研究也還不夠深入。

2、>　　本研究全文以四種不同品牌的定量濾紙作為研究主體，對(duì)濾紙法率定試驗(yàn)中的影響因素進(jìn)行了系統(tǒng)性的研究，并擬合不同品牌定量濾紙的在不同吸力狀態(tài)（總吸力和基質(zhì)吸力）和不同含水量狀態(tài)（吸濕和脫濕）下的率定曲線。同時(shí)觀察了濾紙材料的微觀結(jié)構(gòu)并對(duì)孔徑分布進(jìn)行測(cè)試，探討和分析了濾紙法應(yīng)用工程中的常見誤差，最終將濾紙法與其他吸力測(cè)試技術(shù)進(jìn)行比較來探究濾紙法的精確性以及吸力測(cè)試適用范圍。研究的主要內(nèi)容及結(jié)論如下：
　　1）以三種國產(chǎn)品牌定量濾紙（

3、雙圈牌203型、新星牌203型、皎潔牌203型）和一種國外品牌濾紙（Whatman No.42型）為研究對(duì)象，對(duì)上述四種品牌的定量濾紙進(jìn)行總吸力吸濕率定曲線測(cè)量，并觀察不同品牌濾紙率定曲線之間的差異，同時(shí)對(duì)不同批次的雙圈牌203型定量濾紙進(jìn)行率定曲線測(cè)量，研究批次對(duì)率定曲線的影響。結(jié)果表明不同品牌定量濾紙的率定曲線在高吸力段中吸力值與濾紙含水率的關(guān)系趨勢(shì)非常接近，而在低吸力段中率定曲線的趨勢(shì)有較大的不同。而同品牌不同批次的濾紙率定曲線之

4、間也存在一定的差異。
　　在對(duì)不同品牌進(jìn)行率定試驗(yàn)的過程中，每隔相應(yīng)的天數(shù)對(duì)濾紙進(jìn)行稱量直到濾紙質(zhì)量達(dá)到穩(wěn)定，結(jié)果表明不同品牌濾紙的率定曲線達(dá)到平衡所需的時(shí)間比較接近，而率定曲線達(dá)到平衡所需的時(shí)間也可以根據(jù)吸力段來劃分，便于更高效地應(yīng)用于濾紙法吸力測(cè)量中。
　　以雙圈牌203型定量濾紙為研究對(duì)象，對(duì)該型濾紙分別進(jìn)行不同溫度下的總吸力率定試驗(yàn)，探究溫度效應(yīng)對(duì)濾紙率定曲線的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明濾紙的持水性能隨著溫度的升高而降低，并

5、從熱力學(xué)的角度對(duì)溫度效應(yīng)對(duì)濾紙率定曲線的影響進(jìn)行來分析；
　　分別利用不同種類的飽和鹽溶液、不同摩爾濃度的NaCl溶液和壓力板對(duì)雙圈牌203型定量濾紙進(jìn)行吸濕和脫濕過程的總吸力和基質(zhì)吸力率定曲線測(cè)試，發(fā)現(xiàn)吸濕和脫濕過程的率定曲線之間在低吸力段存在明顯的滯回性。
　　將試驗(yàn)過程中測(cè)定的率定曲線進(jìn)行公式擬合，為本文后續(xù)的國產(chǎn)濾紙法應(yīng)用以及以后學(xué)者對(duì)國產(chǎn)濾紙?jiān)跒V紙法中的應(yīng)用研究提供參考。
　　2）分別使用掃描電子顯微鏡和泡壓

6、法濾膜孔徑分析儀對(duì)四種不同品牌的定量濾紙進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)觀察以及孔徑分布測(cè)試，通過對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析得出濾紙材料的孔徑分布與濾紙的持水性能之間有密切的關(guān)系。
　　3）利用國產(chǎn)雙圈牌203型定量濾紙對(duì)特定土樣進(jìn)行總吸力和基質(zhì)吸力測(cè)量，并將測(cè)量結(jié)果與壓力板法和蒸汽平衡法的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明濾紙法測(cè)量基質(zhì)吸力的極限值為100kPa，而測(cè)量總吸力的極限值為1000kPa。
　　4）本文從熱力學(xué)角度對(duì)溫度波動(dòng)造成的濾紙法總吸力值測(cè)

7、量誤差進(jìn)行分析，結(jié)果表明溫度波動(dòng)造成的誤差是濾紙法不能準(zhǔn)確測(cè)量低于1000kPa的總吸力值的重要原因。同時(shí)對(duì)電子天平的精度對(duì)濾紙含水率測(cè)量造成的誤差進(jìn)行計(jì)算，認(rèn)為0.0001g精度天平也能滿足正常的稱量要求。
　　論文創(chuàng)新點(diǎn)：①開展了不同品牌國產(chǎn)定量濾紙率定曲線試驗(yàn)研究為后續(xù)學(xué)者對(duì)國產(chǎn)濾紙?jiān)跒V紙法中的應(yīng)用研究提供參考；②通過對(duì)不同品牌和不同學(xué)者測(cè)得的率定曲線的比較，并將率定曲線應(yīng)用于吸力測(cè)量的實(shí)際應(yīng)用，基本確認(rèn)了濾紙法在總吸力在高