粉土最优土水特征曲线模型.pdf
《粉土最优土水特征曲线模型.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《粉土最优土水特征曲线模型.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第33卷第4期2023年12 月洛阳理工学院学报(自然科学版)Journal of Luoyang Institute of Science and Technology(Natural Science Edition)Vol.33No.4Dec.2023粉土最优土水特征曲线模型张正安,赵强?(1.河南卓越建设工程有限公司,河南郑州450 0 0 0;2.河南省科研平台服务中心,河南郑州450 0 0 0)摘要:基于压力板仪的轴平移技术,对粉土试样开展室内试验。测试多组特定吸力下试样的含水率,选用VanGenuchten模型、Gardner模型、Fredlund-Xing模型3种幂函数形式的土
2、水特征曲线(SWCC)模型对试验数据进行拟合,得到各模型的拟合参数。3种函数模型的拟合方差依次为VanGenuchten模型 Fredlund-Xing模型Gardner模型,即3种SWCC模型中VanGenuchten模型对试验用粉土的SWCC拟合精度最高,结果最优。关键词:压力板仪;土水特征曲线;粉土;SWCC模型D0I:10.3969/j.issn.1674-5043.2023.04.003中图分类号:TU4土水特征曲线(soil-water characteristic curve,SWCC)最早应用在土壤学中,指的是土壤固体颗粒之间孔隙介质中存在孔隙水的热力学势能与整个土壤系统中颗粒
3、间孔隙吸附水含量之间的关系1-2 。在非饱和土力学中,SWCC的作用与饱和土力学中压缩曲线在土力学基础研究中所起的作用一致,表征了非饱和土研究中最基本的本构关系3-4。通过SWCC可以间接获取土体的非饱和参数,比如非饱和渗透系数、抗剪强度相关参数、土壤体积应变,从而进一步确定土壤在某一特定或变化含水率(或饱和度)条件下土壤的渗透特性、强度指标、体积变化规律以及土中水分或溶质运移情况等5-6 。因此,如何准确测定SWCC是呕需解决的重要问题。确定土体SWCC的方法可以大致概括为直接法和间接法。直接法是直接利用试验仪器开展试验测定土样的SWCC,利用已有的测量土壤SWCC仪器或设备将土壤样品直接开
4、展试验测量SWCC,主要有轴平移技术方法7 、盐溶液法8 、TDR量测法”、电位计法【10 、滤纸法、离心机法12 、张力计法13 等;间接法是通过理论推导间接获得SWCC,比如根据土壤性质(孔径大小、粒径含量等特征)推导出的典型经验公式或者数学模型进行数学计算得到SWCC,主要包括:经验公式法、土壤转换法、分形几何法和数值反演法等14-16 。王协群等17 分析了压力板仪测量SWCC 试验过程中存在的问题,建议在利用压力板仪进行试验测定SWCC时应当避免样品取出称重造成的误差。李幻等18 对粉土试样利用压力板仪测定SWCC的主吸湿线和主脱湿线,并将测定值与利用毛细滞回简化模型计算得到的值进行
5、对比,验证毛细滞回简化模型的有效性。吴家琦19 基于数值反演法对压力板仪进行改进,快速测定了粉土的SWCC,并利用VG模型拟合了实验数据,得到了SWCC的各个参数。庞维福2 0 等基于吸力精确控制型压力板仪,对毛乌素砂进行了试验,并利用不同的SWCC 函数模型对试验数据进行了拟合分析。上述研究使用压力板仪得到了多组试验点数据,并利用不同模型拟合实验数据获取SWCC模型参数,但是对于选择最优SWCC模型并没有讨论。本文基于应力压力板仪的轴平移技术,对粉土试样进行了压力板仪试验,测量了试样的SWCC。试验过程中得到施加某一级吸力值后达到平衡态时所对应的含水率值,利用多组吸力值对应含水率值的试验数据
6、点绘制了压力板仪试验得到的SWCC,为了择优选择SWCC,运用3种幂函数形式的SWCC模型,即Van Genuchen、G a r d n e r、Fr e d l u n d a n d X i n g 土水特征曲线函数模型,对试验数据进行拟合,分析3种SWCC模型公式的拟合精度,择优选择拟合参数。1 压力板仪GEO-Experts压力板仪系统是一套可控制轴向荷载的应力相关土水特征曲线量测系统,操作简单、方收稿日期:2 0 2 3-0 4-0 6作者简介:张正安(197 5-),男,河南洛阳人,本科,主要从事土工试验方面的研究.E-mail:文献标识码:A文章编号:16 7 4-50 43(
7、2 0 2 3)0 4-0 0 0 8-0 6第4期便。仪器主要有4个部分:调节气压输入控制板、仪器测量系统组件、可检测水体积测定系统和垂向控制气压力系统。压力板量测系统组件如图1所示,包含了整个仪器量测的细小零件(如阀门、透水石、小环刀、细软管等)、不锈钢压力室、垂向位移传感器和恒温控制器。调节气压输人/出控制板如图2 所示,主要包括气压输入调节旋钮、2 个高精度压力表、读数显示器和带刻度测定水体积的透明玻璃管。调节气力输人/出旋钮与2 个高精度压力表对应,上方输人/出旋钮对应为高气压数值压力表,下方输人/出旋钮对应低气压数值的压力表;读数显示器显示的是压力室输入气压的读数和竖向位移测量系统
8、的读数;测定水体积玻璃管可根据试验试样中水分溢出/吸人水分体积的变化情况确定。垂向气压力加载系统如图3所示,主要包括高精度压力表、气压输人/出调节旋钮和上下方向只有运动的加载气缸。水体积量测系统如图4所示,有2 个主要作用:在整个实验过程中,输入/出气压后可以很清楚地观测到玻璃管中水分的增加或减少,代表着压力室中试样的水分含量的变化;整个试验过程需消耗的时间过长,压力室下方的陶土板底部会扩散出气泡,利用水体积量测系统中玻璃管内的水对扩散处的气泡进行冲刷,有效地保证测量结果的准确性。GEO-Experts应力相关土水特征曲线压力板仪的整体实物图如图5所示。张正安,等:粉土最优土水特征曲线模型9双
9、精度压力表和调节器高压范围按钮低压范围电子数字显示器3232压力盒位移传感器读数读数图1压力板仪组件压力表和调节器按钮双向运动加载气缸图3垂直气动加载系统2试验方案2.1基本物性指标试验按照GB/T50123一2 0 19土工试验方法标准对所取土壤样品开展了一系列室内基础试验,确定了土样的基本物理性质指标。运用密度计法对所取土样中颗粒粒径的组成成分进行了试验测量,得到不同颗粒粒径分级分布的曲线如图6 所示,不同粒径成分含量值如表1所示,根据土力学规定将所取土样命名为粉土。该土样的液塑限、比重、自由膨胀率等试验的基本物性指标汇总表如表2 所示。图2 输入出气压控制板枣精度压力表和调节标好的刻度标
10、好的刻度左边量管按钮O点阀门5压力盒位移传感器压力板仪数字显示器的底座阀门2闵门3阀门4标好的刻度食集气瓶阀门1标好的刻度水平细管图4水体积测量系统最高水位最低水位10图5GEO-Experts应力相关土水特征曲线压力板仪系统14.5表2 基本物性指标汇总表液限/%塑限/%24.6415.872.2测定SWCC试验选择干密度pa=1.78g/cm的粉土试样开展压力板仪试验,测量了试样在脱湿过程中的SWCC。根据压力板仪系统的试验流程进行试验,具体操作:(1)制样。根据所选择的干密度值,称量合适量的土样,放入10 0 烘箱中进行烘干处理(烘干时间不低于8 h),烘干后进行研磨、碾碎处理,然后选择
11、网格为2 mm的筛对研磨碾碎的土样进行筛分处理。根据选择的试验试验干密度以及初始含水率,计算出要装人制取试样设备中土样的质量,随后根据GB/T50123一2 0 19土工试验方法标准中指定制样过程中的压样法将称取的土样进行制样,制取的试样为小环刀试样,环刀的直径为6.18 cm,高为2 cm。(2)饱和。饱和分为试样饱和和陶土板饱和。试样饱和:对制取的小环刀试样进行饱和处理,采用多次抽真空饱和法。为了降低小环刀试样孔隙中所含气体的量,使得试样的孔隙被水完全充满,将饱和效果达到最好,抽真空饱和的过程中选择了3次抽气,每次时间间隔不少于1h。陶土板饱和:参照压力板仪系统说明书上的操作步骤对陶土板进
12、行饱和处理。将无气水加至压力室内,确保加入的无气水完全淹没陶土板。把压力室底座连接水体积测量系统的前后两端控制玻璃管中水分流入/出的阀门开关拧开,随后调节压力控制板,输入一个50 0 kPa的气压,在该气压下对整个仪器排水,排水时间不低于1h,然后关闭压力室底座前后测量的阀门,阀门关闭时间至少为8 h,8 h 后打开阀门,利用玻璃管中的水分对整个仪器进行冲刷,当水体积测量系统无明显气泡出现为止。该操作一方面利用玻璃管中的水分冲走了整个仪器管线中的气体,使得整个系统的管线充满水,饱和了管线,另一方面饱和了陶土板。(3)装载测试样品。仪器的陶土板和整个系统中管线饱和后,饱和试样被装载至压力室底座的
13、陶土板上方,随后拧紧压力室盖板上的螺栓,略微输入一小气压,检验压力室的密封性,确保不漏气,然后逐级输入气压,开展饱和粉土试样脱湿过程SWCC的测定试验。脱湿试验过程中通过气压控制板输人的压力路径:0 kPa3 kPa-5 kPa13 kPa20 kPa40 kPa60 kPa80 kPa100 kPa120 kPa140 kPa160 kPa180 kPa200 kPa。洛阳理工学院学报(自然科学版)100%90807060504030201000.0001表1不同粒径成分含量值表土样名称黏粒含量/%粉土塑性指数8.75第33卷0.0010.01土粒粒径/mm图6 不同粒径颗粒分布曲线粉粒含量
14、/%85.5自由膨胀率/%20.50.1比重2.73第4期(4)绘制粉土试样脱湿过程SWCC。运用连续称重法,称取每级气压下试样溢出水分质量。试验结束后处理实验数据,称量每输人一个气压后平衡状态下试样的含水率,采用公式(1)计算气压相应的试样体积含水率。(1)mn式中:;、m,分别为输人的气压力下试样的含水量与质量,g;mn、,分别为输人气压力下试样处于平衡状态时的含水量与质量,8。计算每级输入的气压力所对应的体积含水率,得到多组气压对应含水率的实验数据。输入气压值14个,最高气压为2 0 0 kPa。将得到的14组数据点在Origin软件中绘制,得到粉土脱湿过程SWCC。2.3不同SWCC模
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 最优 特征 曲线 模型
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。