饱和粘性土的渗透固结特性及其微观机制的研究_冯晓腊

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饱和土的固结过程

饱和土的固结过程

饱和土的固结过程
饱和细粒土颗粒细小, 比表面积大,
易与土体中的孔隙水、有机质相互结合形成团聚体,
这种结合形式对土体的物理力学性质有着重要影响。

本文从三维微观结构角度探讨饱和细粒土的多物质结构特征对其固结演化性质的作用。

土样分成4种组分:孔隙, 有机质,
多矿物组分和伊利石为主的矿物组分。

通过同步辐射显微CT
技术联合数据约束模型,
获取多物质三维结构表征。

伊利石为主的矿物组分,
与孔隙呈共存结构,
即使在1600kPa高压作用下仍不易排出孔隙水。

有机质与伊利石为主的矿物组分易结合形成有机黏土颗粒,
有机质不仅吸附在组分表面, 而且嵌入组分结构内部;
在土体固结过程中, 有机质存在富集特征,
40~400μm直径的有机质总体积逐渐增大,
削弱土颗粒间的连结强度。

本研究采用定性与定量分析相结合, 获取了固结过程中矿物组分与有机质的结构表征,
为特殊土体的微宏观性质分析提供一种可行性研究方法。

饱和黏土固结理论及其研究进展

饱和黏土固结理论及其研究进展

关 于 软 黏 土 非 线 性 一 维 固结 理论 , ai等 (95 基 于 线 性 Dv s 16 )
用方面取得 巨大 的成功 , 这主要是 因为它体现 了固结 的基 本物
理 过 程 , 用 的参 数 可 由常 规 的 室 内试 验 提 供 , 采 当对 计 算 精 度 的
的e 1g 关系 , 一 oc r 通过假定渗透 系数 k 与体积压缩 系数 i 的变 v n 化是 同步 的 , 得到 了固结 系数 在固结过程中为恒值下 的固结方 程, 并且获得 了解析 解。B re 等 (9 5 采用 e 1gr 关系 以 adn 16 ) 一 oo 及渗透 系数与孔压 u的简单 关系 , 采用有限差分 法得 到了 固结 曲线。M ri (9 4 采用 目前公认的 e 1 es等 17 ) -o 和 e 1 关系, 一o 同样用有 限差分法得 到了固结曲线 。然而这些研究 , 由于未区 分非线性 同结 问题按 变形定 义和按孔压定义 固结度 的不 同 , 因
( 3)
程应用的实例。但这些理论仍无 法解释某些固结试验中发现在 主固结完成后存 在有一定的孔隙水压力无法完全消散 的现象 。 因此研究新 型的固结试 验 , 进一步 探讨 饱和黏土渗透 固结 的机
理 十 分 必要 。
其中 , 于H= t 和 H Q・两种情况 , isn 15 ) 对 R” = t Gbo (9 8 曾做了 详细研究 , 并分别给出了解析解和有 限差分解。
固结 方 程 为 :
C u 02 O H :L v +丫 。


对路基的 固结沉降计算 广泛应用 的还是 T rah 于 12 年 ezg i 9 5
建 立 的 饱 和 黏 土 一 维 固 结 理 论 , 有 以 此 为 基 础 的 也 T rah— ed l 二 维 或 三维 固结 理 论 , 至 Bo固结 理论 在 工 ezg iR n u c i 甚 i t

探究饱和软粘土固结特性

探究饱和软粘土固结特性

RESOURCES/WESTERN RESOURCES2020年第二期水文地质、环境地质、工程地质1.引言饱和软粘土在中国大量分布,在靠近海岸、河流和湖泊中下游的区域都可以经常看到,砂质土和粉质土是饱和软粘土的重要组成部分。

它们主要是细粘土胶体材料,一般存在于不流动的水中或流动非常缓慢的湖泊环境中,并且在其土的内部有大量微生物存在。

饱和粘性土的力学特点是强度比较低,压缩性比较高,流动性比较差。

在这种土上建造的结构经常存在如下沉严重以及结构的承受能力不能满足外部荷载要求的问题,这样的地基一般被叫作软土地基。

正是因为饱和软粘土的固结特点造成了其本身的低强度和高压缩性的性质。

通常讲的固结是指在外界的压力下土壤孔隙中的水渐渐排出时饱和软粘土连续压缩的过程。

Terzaghi 首次提出了研究饱和土固结过程的理论。

该理论基于一些假设,如忽略土壤骨架的变形和数值不会改变的数值系数,这就是固结理论的来源。

后来,Biot 等人对三向固结理论进行了有效延伸,发现这是更加合理的。

但是,考虑到确定指标对方程求解有一定的困难,使用最多的依然是单向固结理论。

2.T Terzaghi 固结理论Terzaghi的一维固结理论的重要基础就是应变比较小的线性理论,并对土体做了一定的假定,饱和粘性土的压缩系数和透水系数是一直不变的,不用参考重力造成的外部应力影响。

在此假设的基础上,将一维固结的一般方程简化如下:∂u ∂t =C v ∂2u ∂2z(1)按照土壤周围的边界,加载在土体上的瞬间荷载的边界条件应该满足(1)公式的解,这个解的含义是用来表示固结的快慢与土壤深度之间的函数关系。

在他的一维固结理论中,固结系数是一个不变的量,而在真实的土环境中,参数的值在固结过程中是一直变化的,但参数的比值和常量却非常接近。

然而,对于具有高压缩性的软粘土,这种假设不一定正确,特别是当参数值随着孔隙率的降低而大幅度减小时。

考虑到这种参考理论时,流动的水满足达西理论是这种理论中最为基础的假定,速度v 与水力梯度之间的函数关系式是呈正相关的,也就是说v=ki0。

论深圳淤泥类软土微观结构对工程性质的影响_冯晓腊

论深圳淤泥类软土微观结构对工程性质的影响_冯晓腊

第7卷 第3期1996年9月中国地质灾害与防治学报TH E CH I N ESE JOU RNAL O F GEOLO G I CAL HA Z A RD AND CON TROLV o l17 N o13Sep.1996论深圳淤泥类软土微观结构对工程性质的影响冯晓腊〔中国地质大学(武汉)〕提要 本文通过采用先进的扫描电镜方法,对深圳地区淤泥类土的微观结构进行了全面、详细的研究,以此为基础,结合大量的实测指标和试验结果,阐述了淤泥类软土的微观结构对其工程性质的重要影响,合理地解释了室内试验过程中观测到的一些异常现象。

关键词 淤泥类土 微观结构 扫描电镜 聚集体前 言所谓微观结构是指土体内土颗粒的大小、形状、表面特征,颗粒之间的连结方式及排列方式。

在外界环境条件影响下,淤泥所表现出的各种特性,都是其内在微观结构发生变化的外在反映,故微观结构对土的性质的变化起着重要的决定作用,采用现代先进的扫描电镜技术研究成果表明,深圳地区淤泥的微观结构是复杂多变的,下面分别从几个方面对其进行论述。

一、土中颗粒种类及其特征在深圳淤泥中,存在着大量的粘土矿物颗粒、粉粒、砂粒,矿物晶体及它们的集合体,同时还有较多的生物残骸。

由于这些粒状物在淤泥中的大小、形状和含量各不相同,使得它们对土的性质的影响程度也不相同。

11粘土矿物及其聚集体从前面的介绍可知,粘土矿物成分主要是高岭石,其次是伊利石,蒙脱石,绿泥石,通过对大量扫描电镜照片总结得知,高岭石单晶形态为六边形薄片状,集合体常见的有书卷状、蠕虫状,杂乱堆积等;单晶的蒙脱石形态为薄片状,集合体呈絮状,花朵状,羽毛状;伊利石单晶为弯曲薄片状,集合体呈片状排列或小片杂乱堆积;绿泥石单晶为叶片状,集合体呈花朵状,常与微球状黄铁矿共生,粘土矿物单独出现的不多。

一般都是由几个粘粒组成微聚集体,构成淤泥微观结构的基本单元。

如照片(P t1)所示,并以面2面,面2边等形式接触,微聚集体还可以进一步凝聚成更大的颗粒,构成二级结构单元。

25饱和粘土的渗透固结理论.

25饱和粘土的渗透固结理论.

t
附加应力:σz=p 超静孔压: u =0 有效应力:σ’z=p
2、基本假设
基本假定:
①土层均匀、各向同性且完全饱和 ②土颗粒与水不可压缩 ③变形是单向压缩(水的渗出和土层压缩是单向的)
④荷载均布且一次性瞬间施加——假定z = const
⑤渗流符合达西定律且渗透系数保持不变 ⑥压缩系数a是常数
19.1m2/a,试求(1)软粘 (2)软粘土层顶部附加应力为120Kpa,
土在自重作用下平均固结 底部压力为120+γh’=120+18(5-
度达到0.6时产生的沉降量。 (2)当软粘土固结度为
0.09)=208.38(kpa),故固结压力为梯形 分布,最终变形量为:

1

(
0.59e
2
4
)TV
基本情况: 1 应力分布:
1
2 0
3
4
5
透水边界

01
不透水边界
1
实践背景: H小,p大 自重应力 计算公式4、5:
附加应力 自重应力 附加应力
压缩土层底面的附加 应力还不接近零
U t4,5

2U t1
(1 1
)U t2
z,t z
U z,t
z z
z uz,t z
1 uz,t
z
z,t uz,t M
z
Uz,t=0~1:表征总应力中有效应力所占比例
地 层: 一层土的平均固结度
H
Ut

有效应力分布面积= 总应力分布面积
0 z,t dz
H
0 z dz
z e-m2

2
4

粘性土压缩特性微细结构变化的试验研究

粘性土压缩特性微细结构变化的试验研究

粘性土压缩特性微细结构变化的试验研究
周宇泉;洪宝宁
【期刊名称】《地基处理》
【年(卷),期】2004(015)004
【摘要】本文利用自行研制的土体微细结构光学测试系统对粘性土在压缩过程中微细结构变化进行了定量分析研究。

提取并分析相关微细结构特征参数。

从而为研究粘性土压缩变形与微细结构变化间的定量关系提供了一条可行的途径。

【总页数】6页(P45-50)
【作者】周宇泉;洪宝宁
【作者单位】河海大学岩土工程研究所,南京210098
【正文语种】中文
【中图分类】P642
【相关文献】
1.水位变化条件下粘性土渗流特征试验研究 [J], 曹文炳;万力;龚斌;曾亦键;王大纯
2.水位变化条件下粘性土渗流特征试验研究 [J], 曹文炳;万力;龚斌;曾亦键;王大纯
3.水位变化条件下粘性土渗流特征试验研究 [J], 曹文炳;万力;龚斌;王大纯
4.饱水粘性土高压密实过程中孔压及体应变变化试验研究 [J], 李文平
5.粘性土压缩过程中的微细结构变化试验研究 [J], 周宇泉;洪宝宁
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饱和粘土的渗透固结理论

饱和粘土的渗透固结理论

2
二维、三维渗透固结课题
u u 1、太沙基一维渗透固结方程: C v 2 t z
2
2、1936年,Rendulic将Terzaghi一维固结理论推广到二 维、三维问题,得出Terzaghi- Rendulic扩散方程,为:
2 2u 2u 2u 2u 2u u // u Cvx 2 Cvy 2 Cvz 2 Cv ( 2 2 2 ) t x y z x y z
防止地基有害变形的措施
外因方面: 1.尽量避免复杂的平面布置,并避免同一建筑物各组成 部分的高度以及作用荷载相差过多。 2.在可能产生较大差异沉降的位置或分期施工的单元连 接处设置沉降缝。 3.设计中尽量使上部荷载中心受压,均匀分布。 4.加强基础的刚度和强度,如采用十字交叉基础、箱形 基础。
防止地基有害变形的措施
地基沉降与时间关系计算步骤
具体计算见教材P153例4-4
地基沉降与时间关系的经验估算
双曲线式
t st s at
对数双曲线式
st 1 e

at
s
地基沉降计算的其他情况
地基最终沉降的组成
变 形 机 理
1、瞬时沉降 2、主固结沉降 3、次固结沉降


固结沉降是粘性土地基沉降的最主要组成部
n
次 固 结
斜率Cs 时间(对数坐标)
塑性大的土,有机土 ≥0.03
超固结土(OCR>2)
<0.001
CS的大小取决于土的类型,在 缺乏资料时可以参考选用或者 按天然含水量来估计:
CS 0.018w
相邻基础对沉降的影响
• 1)相邻基础对附加应力的影响 • 2)相邻基础对沉降差的影响

第五章第四节饱和土土体渗透固结理论

第五章第四节饱和土土体渗透固结理论

Ut
Tv

Cv H2
t
例:某饱和粘土层厚10m,在大面积荷载P0=120kPa作用下, 已知e=1,a=0.3MPa-1,k=1.8cm/year,双面排水条件下求 (1)加荷一年时的沉降量;(2)沉降量达140mm所需的 时间。
解(:1)求t 1年时的沉降量
粘土层中的附加应力沿 深度是均布的, z p0 120kPa
解(:2)求沉降量达140mm所需时间
粘土层的最终固结沉降 量s 180 mm
固结度 U t

st s
140 180
0.78
查曲线(1)得Tv 0.53

t

Tv H 2 Cv

0.53 500 2 1.2 105
1.1年
(六)固结系数 的确定 (Coefficient of consolidation )
孔隙体积的变化=流出的水量
由于:
可得
渗流固结过程 的基本关系式
根据达西定律: 最后可得:
固结系数
Cv 反映了土的固结性质:孔压消散的快慢-固结速度; Cv 与渗透系数k成正比,与压缩系数a成反比; (cm2/s;m2/year)
求解方程:
u t

Cv
2u z2
(1)求解思路:
• 线性齐次抛物线型微分方程式,一般可用分离变量方法求解。 • 给出定解条件,求解渗流固结方程,就可以解出uz,t。
一、侧限压缩试验及其表示方法
一、e -σ′曲线 二、e - lgσ′曲线 三、原位压缩曲线及再压缩曲线
一维压缩性及其指标
地基的最终沉降量计算
一、一维渗流固结理论 二、固结度的计算 三、固结沉降随时间的变化关系 四、与固结有关的施工方法

粘性土固结的微观机理浅析论文

粘性土固结的微观机理浅析论文

粘性土固结的微观机理浅析李冬明新疆新工勘岩土工程勘察设计院摘要:本文通过收集、整理已有的研究成果,论述了粘性土的微观结构特性,并分析了粘性土的微观结构特性与其力学性质的关系,接着阐述了粘性土在固结过程中微观结构的响应过程,最后给出了笔者的一些认识。

关键词:粘性土;固结;微观结构;微结构要素1 前言土在宏观上表现为复杂的不确定性和模糊性,其物理力学性质具有很强的非均匀性和各向异性特征。

传统均匀化处理方法,基于宏观试验的分析所建立的本构关系,较难逾越土体微细结构的多样性和不规则性,分析评价结果往往与实际情况有较大偏差,甚至给工程建筑造成麻烦和损失。

大量的研究成果表明,土在工程环境下所表现出众多且复杂的工程特性和现象,都与其内部微细结构的形态和变化有关。

因此,研究土体新的微细结构变化的试验方法,从土体微细结构变化的定量试验研究着手,揭示土体工程特性与其微细结构变化之间的内在规律性,建立具有微细结构变化特征背景的本构关系,不仅对深入研究各类岩土工程问题具有十分重要意义,而且对分析和评价土的工程性质及其对工程建筑的适应性也有着明显的现实意义。

粘性土的微观结构是确定土的工程性质的一个十分重要的因素,土中颗粒的组成、土颗粒的排列与组合、颗粒间的作用力及其含水情况导致了土形成不同的结构,粘性土的结构特性对土的强度、渗透性和应力-应变关系特性有着极大的影响。

现有的各种土体的本构模型譬如弹性模型,刚塑性模型,弹塑性模型等大都根据土试样在实验室条件下的宏观响应计算、分析得出的,鲜有本构模型考虑了土体的微观结构。

然而,土的工程性状在很大程度上受其微观结构的控制,因此在土体受荷过程中迫切需要对土体微观结构特征及其演化规律加以描述。

正是基于这样的认识,本文通过收集、整理的研究资料,对粘性土在固结过程中的微观结构(microstructure)的变化、演化规律进行了阐述。

2 粘性土的微观结构特性土的结构是指土中颗粒或土颗粒集合体的排列组合与联结以及它们之间的孔隙的大小、形状等综合特征。

饱和土体的渗透固结

饱和土体的渗透固结

• 土体中存在两种不同性质应力:
(1)由钢球施加的应力,通过砂土的骨架传 递的部分应力称为有效应力,用σ′表示。 这种有效应力能使土层发生压缩变形。
(2)由水施加的应力通过孔隙中的水来传递, 称为孔隙水压力,用u表示。这种孔隙水压 力不能使土层发生压缩变形。
土中的应力按土体中土骨架和土中孔隙(水、气)
土体压缩; • 最后超静孔压为0,总应力等于有效应力; • 地基达到最终沉降。
这个过程称为土体的固结
• 基本假定
1.土层是均质的、完全饱和的 2.土的压缩完全由孔隙体积减小引起,土体和水不可压缩 3.土的压缩和排水仅在竖直方向发生 4.土中水的渗流服从达西定律 5.在渗透固结过程中,土的渗透系数k和压缩系数a视为常数 6.外荷一次性施加
饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算
自重应力情况
静水条件
地下水位
H1
有效应力 = 总应力 - 孔隙水压力
σ’=σ-u =γH1+γsatH2-γwH2 =γH1+(γsat-γw)H2 =γH1+γ’H2
H2 σ’=σ-u u=γwH2
u=γwH2
地下水位下降引起 σ’ 增大的部分
地下水位下降会引起 σ’增大,土会产生 压缩,这是城市抽水 引起地面沉降的一个 主要原因。
▪ 水还没来得及排出,荷载 隙水压力逐渐转化
全部由孔隙水承担;
为弹簧所承担的力
▪ 超静孔隙水压力u=#43;=p。
时间t= :
▪ 水停止排出,孔隙
水压力为零,外荷载 全部由弹簧承担; ▪ 有效应力=p。
土体中由孔隙水所传递的压力
孔隙水压力u指外荷p在土孔隙水中所引起的超静水压力
饱和土体在某一压力作用下的固结过程就是土体中 各点的超静孔隙水应力不断消散、附加有效应力相应增加 的过程,或者说超静孔隙水应力逐渐转化为有效应力的过 程,而在转化过程中,任一时刻任一深度处的应力始终遵 循有效应力原理。

基于非达西渗流的饱和黏土一维固结试验与理论研究

基于非达西渗流的饱和黏土一维固结试验与理论研究

2、数据处理:对采集到的数据进行整理、分析,绘制变形与压力关系曲线。
3、误差来源:在实验过程中,可能存在误差的来源包括测量设备的精度、 实验操作的手动误差等。为了消除或减少误差,我们采取以下措施: a.对测量 设备进行定范实验操作流程,尽量减少手动误差。 c.对实验数据进行多次采集和 处理,以平均值作为最终结果,进一步降低误差。
2、通过计算机模拟等方法进一步分析非达西渗流现象的机理,以便为实际 工程提供更为精确的设计和优化方案。
参考内容
本次演示旨在探讨软黏土地基电渗固结试验和理论研究的进展。首先,我们 将介绍电渗固结试验和理论的发展历程,以提供背景信息。接着,我们将详细描 述实验方法、实验装置的设计原理和实验过程中需要注意的问题。随后,我们将 展示实验结果,并通过文字和图表等方式进行论证。
谢谢观看
3、数据采集方式:在实验过程中,采用高精度传感器对土壤变形进行实时 监测,确保数据的准确性。
数据分析
在实验过程中,我们通过对不同压力条件下土壤变形的测量,得到了一系列 数据。为了更准确地描述非达西渗流现象,我们采用以下方法对数据进行处理与 分析:
1、测量方法:采用高精度传感器对土壤变形进行测量,同时通过压力室控 制压力,获得准确的实验数据。
非达西渗流理论研究
在饱和黏土一维固结试验的基础上,我们对非达西渗流现象进行了理论研究。 首先,我们探讨了非达西系数、有效应力、体积压缩系数等概念,并阐述了它们 之间的关系。非达西系数表示流体在非达西区流动时的特性,有效应力则反映了 土壤骨架对变形的抵抗力,体积压缩系数表征了土壤在压力作用下体积的变化程 度。这些参数之间相互影响、相互制约,共同描述了非达西渗流现象。
六、结论与建议
通过本次研究,我们得出以下结论:

饱和黏性土渗透系数测定方法综述

饱和黏性土渗透系数测定方法综述

饱和黏性土渗透系数测定方法综述王鸣宇;王秀艳;孙琳【摘要】饱和黏性土的渗透系数作为水文地质学中的一个重要参数,其作用是不可忽略的.国内外对于饱和黏性土渗透系数的测定,按测试地点的不同分为室内测试和现场测试方法.测试方法所采用的原理还是以达西定律和太沙基固结理论为主.对于饱和黏性土渗透系数的测试方法较多,但目前尚未形成一套完整的测试体系,测定的方法存在较多不足,测定所选用的仪器也有较多不合理性,为此,回顾了渗透系数测定的历史,探讨了饱和土渗流发生的机理,并总结了饱和土渗透系数的室内测试方法和现场测试方法,在介绍了传统的测试方法之后,又介绍了溶质示踪法、固结曲线确定渗透系数等新的方法,最后针对如何测定饱和土渗透系数进行了探讨.【期刊名称】《南水北调与水利科技》【年(卷),期】2015(013)006【总页数】6页(P1162-1167)【关键词】渗透系数;饱和黏性;土室内测试;现场测试;达西定律;太沙基固结理论;水文地质参数【作者】王鸣宇;王秀艳;孙琳【作者单位】中国地质科学院水文地质环境地质研究所,石家庄050061;中国地质科学院水文地质环境地质研究所,石家庄050061;中国地质科学院水文地质环境地质研究所,石家庄050061【正文语种】中文【中图分类】P642渗透系数是水文地质学中的一个重要的水文地质参数。

渗透系数(hydraulic conductivity)又称为水力传导系数,其物理意义为水力坡度为1时地下水在介质中的渗透速度。

长时间以来,由于弱透水层的透水性较弱,其透水能力和透水量容易被人们忽视。

事实上,在较大面积和较长时间的水文地质过程中,弱透水层中所流过的水量是不能忽略的。

尤其是近年来,在涉及到水文地质、工程地质和环境地质等方面的问题上,一些学者和专家发现弱透水层在透水方面更是不应忽视的。

黏性土是弱透水层的一个重要土层,其中发生的渗流过程和机理受到了越来越多的学者和专家的重视。

由于黏性土的渗透性较弱,现场测定得到其准确的渗透系数非常困难。

饱和软粘土微观特性对固结压缩影响分析

饱和软粘土微观特性对固结压缩影响分析
6 加 载填 土 的施 工 。堆 载 预 压 施 工 在 真 空 预 压 荷 载 达 到 设 ) 3 水 土保 持 。 ) 现 场 对 水 土 保 持 的 措 施 主 要 是 开 挖 临 时 排 水 沟 的 办 法 , 为 因 0 3m 厚 的 粘 土 或 粉 土 等 细颗 粒 土 。从 外 场 进 入 的 填 料 推 平 , 抽 真 空 时 水 量 较 大 且 持 续 时 问长 , 时 排 水 要 选 取 合 理 的走 向 , . 分 临 层碾压 , 每一 层 堆 载 碾 压 的高 度 不 得 超 过 0 5m( 一 层 填 土厚 度 . 第 尽快的排入市政管道 , 避免抽 出的水污染 周边 环境 。在堆 载预压 可 以为 10m, 是 为 了保 护 滤 管 和 土 工 布 不 被 压 坏 ) . 这 。 阶段要特别注意对 场 区边 界 的检 测和保 护 , 尤其在 雨季 , 及时 应 7 卸载方法。当每分区的真空预压期满 , ) 且达到 预压排水 固 对 边 坡 进 行 加 固 , 免 局部 堆 载 过快 发生 土体 剪切 破 坏 。 避
参数
钻孔 Z 3 K 钻孔 Z 6 K1
淤泥厚
麓 H C ,I B
3 . 18 2 03
满载作用下 10 d 2
工 后 沉 降 量/ m c
1.5 6 2
两孔间距
离 L I / n

70. 0
相对沉
降 差/ %0
0. 4 52
丝绑紧 , 铁丝接 头严禁 朝上 , 以免 扎破滤 膜。滤管 与 塑料排 水板 采用直径 1 m胶 管连接 , 0m 连接时胶管应套入滤管或 塑料 排水板 1 m, 0e 胶管 与滤管及 塑料排水板连接处采用塑料扎带扎 紧。
软 粘 土 骨 架 , 隙结 构 在 随着 其 所 受 的应 力 的 改 变 而 发 生 变 孔

珠三角饱和软土固结过程中微观孔隙结构的演化规律

珠三角饱和软土固结过程中微观孔隙结构的演化规律

珠三角饱和软土固结过程中微观孔隙结构的演化规律谢晓华;周永章;张澄博;吴清华;周晓芳;卢强;周云霞【摘要】结合室内土工试验和某高速公路软基加固试验段工程,采用真空冷冻升华技术与SEM电镜扫描以及图像处理方法,获得了珠江三角洲饱和软土的孔隙度、孔隙总面积、孔隙总个数、平均孔隙周长、孔隙平均直径及孔洞复杂度等微观指标.通过对软土微观结构图像研究,得到了饱和软土受压固结过程中微结构的演化规律:珠江三角洲的饱和软粘土是一种孔隙体积占整体体积最高达66.7%的空架结构土,孔隙中充满水体,在外载荷的作用下,大孔隙首先破碎,周边折断,土体内部结构从空架式逐渐向多面体片架结构发展;伴随着孔隙直径减小,孔隙体积缩小,土粒间靠近,水体被排出的同时,土体被压缩而逐渐固结.【期刊名称】《桂林理工大学学报》【年(卷),期】2010(030)003【总页数】6页(P368-373)【关键词】饱和软土;微结构;微观结构参数;演化规律;真空冷冻升华;珠江三角洲【作者】谢晓华;周永章;张澄博;吴清华;周晓芳;卢强;周云霞【作者单位】中山大学,地球科学系,广州,510275;中山大学,地球环境与地球资源研究中心,广州,510275;广州航海高等专科学校,广州,510330;中山大学,地球科学系,广州,510275;中山大学,地球环境与地球资源研究中心,广州,510275;中山大学,地球科学系,广州,510275;中山大学,地球环境与地球资源研究中心,广州,510275;中山大学,地球科学系,广州,510275;中山大学,地球环境与地球资源研究中心,广州,510275;中山大学,地球科学系,广州,510275;中山大学,地球环境与地球资源研究中心,广州,510275;中山大学,地球科学系,广州,510275;中山大学,地球环境与地球资源研究中心,广州,510275;中山大学,地球科学系,广州,510275;中山大学,地球环境与地球资源研究中心,广州,510275【正文语种】中文【中图分类】TU411.920 概述珠江三角洲地区包含了两层海相淤泥层,通常称为软粘土,其天然含水量大(w0=70%~100%)、压缩性高(av=1~2 MPa-1)、孔隙比大(e=1.5~2.3)、抗剪强度低(十字板强度8~12 kPa)、承载力低呈流塑—软塑状态[1]。

饱和细粒土固结过程中微观结构研究

饱和细粒土固结过程中微观结构研究

(1.中山大学 地球科学与工程学院,广东 广州 510275; 2.中交第四航务工程勘察设计院有限公司,广东 广州 510230; 3.广东省地质过程与矿产资源探查重点实验室,广东 广州 510275; 4.广东省地球动力 作用与地质灾害重点实验室,广东 广州 510275)
摘要:饱和细粒土物质组成复杂且结构尺度跨度大,受 压 后 微 观 结 构 的 变 化 可 反 映 宏 观 力 学 行 为。借 助 室 内
速度变慢,矿物团聚速度显著增加。饱和细粒土 承 受 大 于 400kPa以 上 的 压 力 后,孔 隙 和 矿 物 连 通 体 的 多 尺
度组合特征变得稳定。结合土体压缩变形特征,推 测 饱 和 细 粒 土 蠕 变 界 限 在 400kPa左 右,对 应 着 土 体 结 构
破 坏 的 临 界 压 力 。 所 采 用 的 数 据 约 束 模 型 方 法 在 突 破 微 米 级 尺 度 后 可 实 现 微 纳 米 尺 度 分 析 ,可 供 其 他 工 程 材
从淤泥中提取出的细粒土主要包含粉粒和黏粒, 是吹淤造陆工程中淤泥的重要组成部分。疏浚设备抽 取细粒土并吹填入工 程 场 区,细 粒 土 从 流 动 状 态 经 历 排水固结到可塑状 态,其 微 观 结 构 和 物 理 力 学 性 质 都 发生了显著 变 化 。 [1-2] 海 滨 软 土 通 常 具 有 高 含 水 量、 高 压 缩 性 、低 渗 透 性 等 典 型 特 征 ,在 固 结 压 力 下 会 发 生 明显的非线性 蠕 变 [3-4],尤 其 是 工 程 完 工 后 地 基 沉 降 量 大 、沉 降 时 间 过 长 、不 均 匀 沉 降 等 问 题 突 出 。 由 于 软 土 强 度 低 ,并 具 有 蠕 变 性 、触 变 性 等 特 殊 的 工 程 地 质 特 征,工程地质条件较 差,往 往 发 生 较 大 变 形,无 法 满 足

ψu=O分析法——一种对于饱和粘性土值得推广应用的方法

ψu=O分析法——一种对于饱和粘性土值得推广应用的方法

ψu=O分析法——一种对于饱和粘性土值得推广应用的方法曾国熙
【期刊名称】《地基处理》
【年(卷),期】2001(012)003
【摘要】本文介绍饱和粘性土,不论软粘性土或坚硬粘性土,在不排水条件下
ψu=O室内外的测试,包括三轴压缩、无侧限抗压、袖珍贯入、十字板等试验。

ψu=O分析可用于土坡稳定性、稳定数(含临界高度)、浅基础承载力、土压力、以及单桩侧阻力和桩端阻力的分析计算。

【总页数】14页(P3-16)
【作者】曾国熙
【作者单位】浙江大学岩土工程研究所,杭州310027
【正文语种】中文
【中图分类】TU442
【相关文献】
1.考虑稠度状态时饱和粘性土自重应力计算方法 [J], 蔡江东
2.饱和粘性土先期固结压力的判定方法 [J], 佘红;谢焰云
3.非饱和无粘性土动剪切模量的实用计算方法 [J], 钱学德;郭志平
4.一种测定极软粘性土固结参数的方法—水力固结试验 [J], 张力霆;齐清兰
5.一种新型测量非饱和土吸力的方法 [J], 劳海洋;吴天龙;向伟明
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一般粘性土渗透特性的初步探讨

一般粘性土渗透特性的初步探讨

一般粘性土渗透特性的初步探讨
赵寿刚;马卫东;杨小平
【期刊名称】《中国西部科技》
【年(卷),期】2005(000)012
【摘要】一般粘性土广泛应用于工程建设的各个领域,有其本身的工程特性,特别是粘性土的渗透特性有其本身的规律,初步探讨影响渗透参数的因素及其试验方法,特别是研制了渗透比降的测试方法,从而为工程建设提供可靠的参数指标.
【总页数】2页(P25-26)
【作者】赵寿刚;马卫东;杨小平
【作者单位】水利部黄委会黄河水利科学研究院,郑州,450003;水利部黄委会黄河水利科学研究院,郑州,450003;水利部黄委会黄河水利科学研究院,郑州,450003【正文语种】中文
【中图分类】TV4
【相关文献】
1.一般粘性土渗透特性的初步探讨 [J], 赵寿刚;马卫东;杨小平
2.南宁市冲积相粘性土磁效应机理及初步分区 [J], 曹净;吴恒
3.浅议粘性土、无粘性土和少粘性土 [J], 段彦超;魏惠文
4.浅议粘性土、无粘性土和少粘性土 [J], 段彦超;魏惠文;
5.论粘性土转化为无粘性土的物理基础 [J], 杨雪强;陈桂林
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饱和黏土非达西渗透特性试验研究

饱和黏土非达西渗透特性试验研究

2010年 11月郑州大学学报(工学版)N ov 2010第31卷 第6期Journa l of Zhengzhou U n i ve rs i ty (Eng ineer i ng Sc ience)V o l 31 N o 6收稿日期:2010-04-10;修订日期:2010-06-16基金项目:河南省教育厅自然科学研究计划项目(2010B560015);河南高速公路发展有限责任公司科技项目(2007G F009)作者简介:孙丽云(1969-),女,河南濮阳人,郑州大学副教授,博士研究生,主要从事岩土工程等方面的教学与研究工作,E ma i:l li yunji a @zzu .edu .cn .文章编号:1671-6833(2010)06-0031-04饱和黏土非达西渗透特性试验研究孙丽云1,乐金朝1,张 杰2(1.郑州大学水利与环境学院,河南郑州450001;2.郑州大学土木工程学院,河南郑州450001)摘 要:利用改造过的渗透固结仪,通过交叉,进行固结试验和渗透试验,对河南某地饱和黏土在不同固结压力下的渗透规律进行了研究.试验证明,该种饱和黏土中的渗流存在偏离D arcy 定律的现象,并可用H ansbo 的非线性分段模型来描述.试验结果表明,黏土渗透性与孔隙比呈非线性关系,黏土渗透性随固结压力增加呈现非线性减小.在此基础上分析了相关渗透参数与孔隙比之间的关系.关键词:非达西渗流;渗透性;饱和黏土;非线性中图分类号:TU 431 文献标识码:A0 引言目前,在饱和黏土的固结理论和渗流计算中,一般都沿用达西(Darcy)渗透定律,即v =k i(1)式中:v 为渗透速度;k 为渗透系数;i 为水力梯度.虽然达西定律因其简捷而被广泛采用,但其对渗透性较低的致密黏土以及某些软土的有效性却一直受到质疑.许多学者通过试验都发现了黏土渗透规律对达西定律的偏离[1-5].通过渗透试验都发现了相关黏土中的非达西渗透现象,并分别依据各自的试验总结出了非达西渗流的表达式.其中,应用较广的是S .H ansbo [1]公式:v =cim(i i 1)k (i i 0)(i >i 1)(2)式中:m 为由实验确定的常数;c ,k 分别为指数形式和线性关系表达式中的渗透系数;i 1为直线渗流起始水力梯度;i 0为直线渗流计算起始水力梯度,且i 0,k 满足下式i 0=i 1=m -1mc =k m i m -11(3)式(3)中,如令m =1,则i 0=0,c =k ,该式可退化为Darcy 定律的表达形式.既然饱和黏土的渗透固结过程是孔隙水不断排出的过程,那么渗流规律将会影响到渗透固结的进程.文献[6]探讨了起始水力梯度对饱和黏土一维固结的影响,认为黏土的平均固结速率要慢于Terzagh i 一维固结理论值.文献[7-8]将H ansbo 渗流模型引入到饱和黏土的固结分析之中,研究表明,此类非线性渗流延缓了饱和黏土中孔隙水压的消散速度.因此讨论饱和黏土中渗流的形式及其参数的变化规律对于深入探讨饱和黏土的渗透固结机理十分重要.在渗透试验方面,齐添等[4-5]利用GDS 高级固结仪对萧山黏土试样进行了固结渗透联合试验,并分析了非达西渗流模型的土性参数.由于传统的渗透试验不能得到固结过程中渗透系数的变化规律,无法研究固结过程中非达西渗流形式及其参数与固结压力随孔隙比变化的情况,笔者对传统的固结渗透试验装置进行了改进,设计了新型的固结渗透试验,对不同固结压力下饱和黏土的渗透特性进行了研究.1 渗透固结仪的改装图1为改装后的渗透固结试验装置.新试验装置主要由加荷系统、渗透固结容器、测流系统等3部分组成.其中加荷系统选用常规杠杆式固结仪;渗透固结容器主要由固结筒、紧固螺杆、加压32郑州大学学报(工学版)2010年活塞、固结仪底座组成.渗透系统采用内径4mm 的厚壁玻璃管作为测流管,可灵敏反映液体体积变化.在固结筒内放置直径为61.8mm ,高度为20mm 的试样(试样截面积为30c m 2),固结筒顶部连接一个测流管,底部连接三通阀,它既可以用孔压传感器来测定试样的底部孔压,又可以连接另一个测流管,从而确定两者的水头差.图1 变水头示意图Fig .1 Sketch of varyi ng head2 黏土渗透性试验对原状黏土使用改装后的固结仪进行变水头渗透和固结交叉试验.该土样的初始物理性质如下:含水率w =3.57%,密度 =1.99g /c m 3,土粒比重d s =2.73,初始孔隙比e =0.636,液限w L =41.5%,塑限w P =24.0%.2.1 准备试样用涂有硅脂的环刀(环刀尺寸与土样一致)取土后,参照规范方法[9],切取土样后进行抽气饱和,并确保土样饱和度达到95%以上.打开与底座相连的三通阀使固结筒内注满无气水,然后把装有土样的环刀放在固结仪内筒上方,使土样下表面与内筒的水面接触.同时打开底座 三通!阀门,土样上方放置透水石,将环刀中的试样轻轻压入固结筒,压入土样时,用力应缓慢、均匀,以减少对土样的扰动.2.2 试验过程首先利用杠杆式固结仪进行固结试验,固结试验结束之后,保持固结压力不变,进行变水头渗透试验.然后继续加荷载,重复上述步骤.渗透试验中所用渗透水管高度为1.2m,试样高度为20mm,所以本次试验最大水力梯度为30~50.3 试验结果及分析3.1 非达西定律的验证图2中(a)、(b)、(c)分别为试验得到的100,200,300kPa 固结压力下i -t 曲线.分别采用Darcy和H a nsbo 渗透模型进行拟合,由此可以看出,H ans bo 渗透模型拟合结果要优于Darcy 渗透模型,说明黏土的非达西渗透性状是非常明显的.图2 i -t 曲线的Darcy 模型拟合与H ansbo 模型拟合对比图F i g .2i -t f itti ng curves obta i ned fro m Darcy mod el and H an sbo model表1中给出了H ansbo 模型中各参数在不同固结压力下的拟合结果,其相关系数R 均大于0.98,这说明该模型对于试验土样是适用的.3.2 渗透参数与孔隙比的关系3.2.1 k 的确定图3为k 随p 变化的曲线图.从图中可知,黏土的渗透系数k 随着固结压力p 的增大而减少,并呈现明显的非线性变化规律,反映了土样渗透性的非线性特征.当固结压力小于200kPa 时,k 递减很快,此后逐渐放慢.黏土的渗透系数k 范围为8.6∀10-9~1.1∀10-7c m /s .表1 渗透试验数据的分段渗流模型非线性拟合结果T ab .1 Nonli n ear fitti ng results of seepage exper i m en taldata u si ng two-section seepage modelp /kPa c /(10-5#mm #s -1)m R k /(10-7#c m #s -1)i 0R 500.57 1.420.995 1.100.440.9991000.54 1.490.9990.841.970.9962000.12 1.540.9990.337.760.9994000.06 1.700.9960.2010.040.9998000.031.820.9930.0914.290.983第6期孙丽云,等:饱和黏土非达西渗透特性试验研究33图3 k -p 曲线F i g .3 k -p curves3.2.2 e -k 关系土体的渗透性与孔隙密切相关.土的颗粒孔隙愈小,渗透性愈小;反之,渗透性愈大.以孔隙比e 为纵坐标,渗透系数k 的对数为横坐标绘制e -l g k 曲线如图4所示,可以发现二者基本上呈直线关系:e =0 89+0 037lg k (4)即渗透指数C k =0.037.根据大量黏土的渗透试验统计发现,C k 的范围在0.02~5.00,可见本次试验用黏性土的试验结果在此范围之内.图4 渗透指数C k F i g .4 Per m eab ility i ndex3.2.3 i 0-e 关系试验表明,非达西渗流减缓了黏土层的固结过程.以孔隙比e 为横坐标,起始水力梯度i 0为纵坐标绘制i 0-e 曲线,如图5所示.从图5可以看出,i 0随着孔隙比e 的减小而增大,可近似为线性关系:i 0=102 66-169 15e(5)3.2.4 m -e 关系以孔隙比e 为横坐标,非达西渗流参数m 为纵坐标绘制m -e 曲线,如图6所示.很明显,m 随着孔隙比e 的减小而增大,可以用线性关系表示:m =4 35-4 84e(6)4 结论笔者利用改装的固结仪,对河南某地黏土进行了固结渗透联合试验。

考虑渗透各向异性的隧道周围饱和软土固结特性分析

考虑渗透各向异性的隧道周围饱和软土固结特性分析

考虑渗透各向异性的隧道周围饱和软土固结特性分析
龚昭祺;林廷松;李文乾;胡安峰
【期刊名称】《地基处理》
【年(卷),期】2024(6)1
【摘要】考虑隧道周围软土非线性固结特性,基于一种交替隐式差分格式编制了计算程序,对二维非线性固结控制方程进行求解。

在验证差分解正确性的基础上,得到了隧道均匀渗漏、局部渗漏和综合考虑均匀+局部渗漏模式3种情况下按超静孔压定义的平均固结度随时间的发展规律,并分析了渗透各向异性、软土厚度和初始有效固结应力对隧道周围软土固结度变化的影响规律。

结果表明:正确考虑隧道透水模式对固结问题尤为重要;固结速率随渗透各向异性系数rk的增大而增大;在固结后期,固结速率随软土厚度的增大而减小;对于初始有效固结应力不同而初始渗透系数相同的各土体而言,固结速率随初始有效固结应力的增大而增大。

【总页数】7页(P16-22)
【作者】龚昭祺;林廷松;李文乾;胡安峰
【作者单位】浙江大学工程师学院;杭州市建设工程质量安全监督总站;中国中铁十局集团城市轨道交通工程有限公司;浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心
【正文语种】中文
【中图分类】TU43
【相关文献】
1.考虑软土K0固结的沉管隧道长期沉降分析
2.考虑涂抹区渗透系数变化的非饱和土砂井地基固结特性分析
3.饱和软土K0固结下三轴固结不排水剪试验分析
4.饱和状态下海积软土一维渗透固结特征试验研究
5.隧道周围饱和软土二维非线性固结分析
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