不同干密度砾石土的土-水特征曲线规律及拟合分析

不同干密度砾石土的土-水特征曲线规律及拟合分析

发表时间：2015-01-08T17:02:44.807Z 来源：《价值工程》2014年第8月下旬供稿作者：黄靖

[导读] 非饱和土是目前土力学领域的研究方向，而土-水特征曲线SWCC（Soil-Water Characteristic Curve）是近年国内外研究的热点。

黄靖淤HUANG Jing曰罗启迅于LUO Qi-xun

（淤昆明理工大学津桥学院，昆明650106；于四川大学水利水电学院，成都610065）

（淤Oxbridge College，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650106，China；

于College of Water Resource and Hydropower，Sichuan University，Chengdu 610065，China）

摘要：利用SWC-150 Fredlund 土-水特征曲线压力仪，对不同干密度的砾石土进行土-水特征试验，探讨不同干密度下土-水特征曲线(SWCC)的变化规律；采用四种不同的拟合方程对试验所得的土-水特征曲线通过最小二乘法进行拟合，获得了拟合参数及残差平方和。通过残差平方和剂曲线形状对比，Fredlund & Xing 四参数方程的拟合效果最好。

Abstract: SWC-150 Fredlund Soil-Water Characteristic Cell is used to test the soil-water characteristic curve (SWCC) of gravelly clayeysoils with different densities to discuss the change rule of SWCC. Using least-square method, SWCC is fitted by four fitting tri-parametermodel, the parameters and residual sum of squares of the model are discussed. Through the residual sum of squares and curve shapes, thefitting effect of Fredlund & Xing four parameter equation is best.

关键词：土-水特征曲线；干密度；试验；拟合

Key words: soil-water characteristic curve；dry density；test；fitting

中图分类号：TU44 文献标识码院A 文章编号院1006-4311（2014）24-0067-03

0 引言

非饱和土是目前土力学领域的研究方向，而土-水特征曲线SWCC（Soil-Water Characteristic Curve）是近年国内外研究的热点。土-水特征曲线是描述非饱和土中吸力与饱和度或含水率之间关系的曲线。实验研究表明，非饱和土的性状与其土-水特征曲线存在密切的联系，根据土-水特征曲线可以推导出非饱和土的抗剪强度[1]，体应变[2]、渗透系数[2]。因此，土-水特征曲线是描述土的非饱和（持水）特性的一个关键曲线。

总的来说，目前对非饱和土的土-水特征曲线的研究多集中在粉土、粘性土及黄土，而对含粗粒粘性土的研究、尤其是对砾石土的研究很少。

国内工程实践表明，高土石坝采用砾石土作为心墙防渗料已成为发展趋势，砾石土作为高土石坝防渗体的主体，其土水特征曲线的深入研究是非常必要的。为了研究不同干密度下砾石土的土-水特征曲线的影响，本文对6种不同干密度土样进行土-水特征试验，探究不同干密度下土-水特征曲线(SWCC)的变化规律，并采用Gardner 方程，Van Genuchten 方程，Fredlund&Xing 三参数方程，Fredlund & Xing 四参数方程利用matlab 软件，通过最小二乘法对土-水特征曲线试验点进行拟合，获得了土水特征曲线的模型参数，选出拟合的最优模型。

1 试验方法

1.1 试验土样

本次试验选取了内径D 为38 mm，高度H 为31.5 mm的环刀进行土样的制备。试样的直径D 和高度H 与粗粒土最大粒径dmax 有密切关系，通常采用D/dmax= 5 的关系对超出粒径范围的颗粒采用等量替代法进行处理。根据上述关系及试验原土料，本次试验中dmax 取5 mm，按比例等质量替换粒径大于5 mm 的土[3]。选取国内某高土石坝砾石土心墙料的粘土性质和掺砾比进行试验。土样中粘土比重

Gs=2.71，液限wL=33.4豫，塑限wP=19.6豫，塑性指数IP=13.8，定名为低液限粘土（CL）。采用的掺砾比为50%，超径砾石采用一级等量替代。试验采用的砾石土的颗粒组成见表1，级配曲线见图1，按《土工试验规程》（SL237-1999）定名为粘土质砾。

1.2 试验仪器

试验采用的是加拿大GCTS 公司生产的SWC-150Fredlund 土-水特征曲线压力仪。其原理是对装有含水土样的压力容器施加一定的气压力，迫使土样水分渗出达到平衡；利用轴平移技术使土样的基质吸力等于施加的气压力，然后测量此时的土样含水率，从而获得土样的土-水特征曲线。该仪器所用的高进气值陶土板通过用于密封的环氧树脂粘合在特制套环中，试验时陶土板嵌入底座的凹槽，凹槽内壁由O 型圈密封。凹槽底部刻有一组蛇形槽，用于冲刷陶土板底部附着的气泡。试样的含水率可通过测定两个体变管中的排水量算出。

1.3 试验方案

为了对比分析不同干密度的土-水特征曲线的变化规律，在基质吸力施加范围0~450 kPa 内，采用6 个不同干密度籽d 的土样在竖向应力为0 kPa 条件下进行试验，籽d 分别为1.897 g·cm-3，2.046 g·cm-3，2.065 g·cm-3，2.187 g·cm-3，2.194 g·cm-3，2.216 g·cm-3。