非饱和重塑黄土基质吸力变化特征与物理性质的关系

本文以兰州重塑黄土为对象,通过室内试验分析6组非饱和重塑黄土土-水特征曲线分段特征值与主要物性指标的统计关系,探讨了非饱和重塑黄土物理性质对其基质吸力变化特征的影响。结果表明,对于非饱和重塑黄土,分段特征含水量、特征饱和度、特征基质吸力与干密度关系密切,与颗粒级配关系较弱。随干密度增加,过渡区特征饱和度、残余饱和度线性增加,饱和含水量、过渡区特征含水量线性降低,残余基质吸力及过渡区特征基质吸力分别为线性及非线性增加。过渡区特征饱和度、残余饱和度与土体中粘粒含量线性正相关,与粉粒含量负相关。饱和含水量与粉粒含量线性正相关,残余基质吸力与其线性负相关。重塑黄土的微观结构显示这些关系受制于土体的孔隙结构和颗粒间的相互关系。     

非饱和黄土土-水特征曲线与渗透系数Childs & Collis-Geroge模型预测

我国黄土厚度大,黄土地区地下水位深,降雨量少,黄土多处于非饱和状态,土-水特征曲线是非饱和黄土应力状态、强度及渗透性研究的基础。以陇东高原马兰黄土为试验对象,采用张力计法测定原状土样的土-水特征曲线,采用三种理论模型对试验数据拟合,其中Gardner模型简单、参数少,但Fredlund & Xing模型拟合效果最好。基于已测得的土-水特征曲线,采用Childs & Collis-Geroge预测非饱和渗透系数的模型,计算得到非饱和黄土渗透系数与基质吸力或含水率的关系,发现黄土从饱和到非饱和,其渗透系数急剧降低,黄土非饱和渗透系数与基质吸力或体积含水率的关系均可用指数函数表示。本文对典型黄土土-水特征曲线的研究及渗透性的预测为黄土工程问题,如降雨入渗的边坡稳定性评价、非饱和地基湿陷变形计算等提供理论基础。     

黄土非饱和渗流试验研究

黄土介质特有的垂直节理和大孔隙发育性质，使黄土和非饱和渗流过程具有与均匀土壤的非饱和水分运动不同的特征。通过黄土非饱和渗流试验研究，对黄土垂直节理，大孔隙的实地观察和用土壤水动力学理论分析，证明黄土介质中的垂直节理，大孔隙在不同不量下对水分入渗所起的作用，对干旱地区黄土，由于降水量小，土壤含水量少，垂直节理，大孔隙在水分渗过程中实际起长低渗透性的作用，即阻水作用。     

盐分影响重塑黄土渗透性的微观机制试验研究

“治沟造地”修建水库,导致土地盐渍化,而盐渍土的渗透性是影响工程设计、施工安全的重要因素,因此阐明不同盐分含量及类型条件下的重塑黄土渗透性至关重要。通过制备不同盐分含量的钠、钙盐重塑黄土试样,开展一系列室内变水头饱和渗透试验,探析重塑黄土渗透系数随盐分含量的变化规律。结果表明：随盐分含量增加,重塑黄土饱和渗透系数逐渐减小,两者呈负指数相关,含盐重塑黄土渗透系数与不含盐重塑黄土相比均有不同程度减小;同一盐分含量条件下,钙盐黄土的渗透系数小于钠盐黄土的渗透系数。采用核磁共振（nuclear magnetic resonance,NMR）技术,测取重塑黄土的孔隙水赋存状态与孔隙结构随盐分含量与类型的变化;当盐分含量小于2%时,随盐分含量增加,孔隙水赋存状态与孔隙结构的变化使重塑黄土渗透系数迅速减小;当盐分含量大于2%时,随盐分含量增加,孔隙水赋存状态变化使重塑黄土渗透性增加,而孔隙结构变化使重塑黄土渗透性减小且对渗透性的影响占主导,因此重塑黄土的渗透系数缓慢减小;同一盐分含量条件下,钙盐重塑黄土的孔隙水赋存状态和孔隙结构的变化比钠盐重塑黄土更显著。     

太原湿陷性黄土微观结构沿剖面变化特征研究

本研究对山西太原某地不同深度单线法室内自重湿陷后黄土样,通过压汞与扫描电镜观测相结合分析,描述了黄土颗粒、孔隙的形态特征并揭示其随深度的变化规律。得出如下结论：(1)黄土颗粒受风化等作用影响,随深度有细化的趋势。(2)不同深度孔隙稳定性与颗粒形态、颗粒间胶结状态等多因素相关。(3)将孔隙划分为大(>20μm)、中(5～20μm)、小(0.1～5μm)、微(<0.1μm)4种尺寸类型。大孔隙不稳定,随深度增加而减少,而微孔隙基本不受土层深度的影响。(4)中、小孔隙范围内,包括不同大小能承受一定荷载的亚稳定孔隙。在一定深度范围内,该孔隙随深度增加由大到小逐级被破坏、转化为更小的孔隙。该范围土层黄土依旧处于亚稳态结构,具有湿陷性。(5)深度增加至土体自重超过最后一级亚稳孔隙的强度界限时,小孔隙被压缩破坏,黄土结构趋于稳定,此深度以下黄土基本丧失湿陷性能。     

黄陇煤田转角勘查区煤的微观孔隙结构特征及其影响因素

煤的微观孔隙结构特征是煤储层特征的重要研究内容之一。选取黄陇侏罗纪煤田转角勘查区4个典型低阶煤样品为研究对象,以煤质特征研究为基础,进行压汞和液氮吸附实验,获取了不同测试方法的煤孔隙结构参数。根据两种测试方法的优缺点在孔径50nm处采用曲线拼接法进行联合,分析了全孔径段的比表面积和孔隙体积分布。结果显示:煤的比表面积主要分布在微孔、小孔和中孔三个区间,呈现“三峰”特征,表现为微孔>小孔>中孔>大孔的分布特征;孔隙体积主要分布在微孔、小孔和大孔。灰分含量和阶段孔径比表面积和孔隙体积具有较好的相关关系,但相关性强弱不同,总体显示和微孔、小孔及中孔呈正相关关系,而与大孔孔隙呈负相关关系,灰分含量与微孔、小孔的影响最大。显微组分中的镜质组和壳质组含量与大孔比表面积和孔隙体积呈正相关关系,与微孔、小孔呈负相关关系;惰质组含量与大孔孔隙比表面积和孔隙体积呈负相关关系,和微孔、小孔呈正相关关系。     

原状黄土土-水特征曲线与湿陷性的相关性

为了研究原状黄土土-水特征曲线与黄土湿陷性之间的联系,在陕西西安长安区取地表以下30 m范围内的原状黄土土样,进行基本物理指标试验和湿陷性试验。对不同典型地层的黄土-古土壤试样进行土水特征曲线试验,通过电镜扫描从微观角度分析。研究结果表明：大孔隙的数量与饱和体积含水率呈正相关;中孔隙的数目与过渡区斜率的大小呈正相关,孔隙数目越多土体失水速度越快;微小孔隙的数目和土的塑性指数影响残余含水率的大小。对于不同深度土层,饱和体积含水率和过渡区斜率与土层的湿陷系数呈正相关;塑性指数接近土层的湿陷系数对残余体积含水率的影响不明显;古土壤层的SWCC与湿陷系数之间存在与黄土层相同的正相关性。文章从非饱和土力学的方向去研究黄土的湿陷性,为湿陷性的研究提供一种新的研究角度。     

黏土颗粒间液桥从形成至断裂时毛细力的演化规律EI北大核心CSCD

通过土颗粒间形如液桥的水分毛细力认识和解释非饱和土的持水特性日趋为土力学界所关注。为研究黏土颗粒间液桥毛细力的演化规律,将黏土颗粒其简化为一对平行的片状颗粒,不考虑黏土颗粒表面的粗糙度。以Young-Laplace方程为基础,推得表征黏土颗粒间液桥毛细力关于固-液接触角和液桥体积的无量纲表达式;再令该无量纲表达式为0,绘制出固-液接触角与无量纲液桥体积的关系曲线,将1/3相似文献   

乾安碳酸型盐渍土的孔隙特征

为了研究盐渍土的孔隙特征,在乾安地区选择冻深范围内的代表性剖面,取样并进行盐渍土基础物理性质测试和压汞试验,得到地表以下冻深范围内不同深度处土体基本性质及孔隙分布特征。试验结果表明：盐渍土的原状剖面表观形态、粒度成分、土体孔隙分布特征均呈现一致的三层分带;天然状态下碳酸型盐渍土的孔径可分为微、小、中、大与超大孔隙5级,界限孔径依次为0.040、0.400、4.000、40.000 μm;随着深度增大,3层土体的孔隙分布曲线峰值个数减少,各深度土体的孔隙以大孔隙为主,中孔隙次之,超大孔隙体积分数仅在表层较高但整体低于中孔隙,微、小孔隙体积分数较低且在小范围波动。分析认为自重应力对土体结构的压密作用、蒸发淋滤产生水分及细粒的迁移、气候变换导致的冻融循环作用是影响研究区孔隙分布特征的三大因素。     

原位非饱和黄土渗透系数研究

非饱和渗透系数为非饱和黄土分析中的关键参数,是基质吸力或体积含水率的函数,具体为何种函数关系尚难有定论,且非饱和渗透系数测定较为困难,运用土-水特征曲线间接推导具有较大随机性,稳态法及室内瞬态剖面法需考虑土体扰动影响。为此用原位瞬态剖面法处理黄土地区降雨入渗监测数据,得到黄土的非饱和渗透系数与体积含水率之间的关系,同时引入了田间测定非饱和渗透系数的θ法,二者计算结果具有较高的吻合度,证明了θ法的适用性。此外,基于不同时间体积含水率对深度的变化,提出用对数曲线拟合体积含水率与深度的关系,并应用到瞬态剖面法数据处理中,用此关系对θ法的一个基本假定进行了修正,得到了更接近实际的结果。     

酸污染原状黄土渗透微观特征演变规律试验研究

研究污染黄土的渗透特性能够为污染场地的治理提供经济高效的方案措施。以蒸馏水作为渗液，采用GDS三轴渗透仪通过室内试验研究了盐酸、硝酸和硫酸侵蚀黄土的渗透特性变化规律，并从微观结构的变化进行机制分析。试验结果表明：相同固结应力条件下，不同类型污染土的渗透系数均随酸液浓度的增大而降低；随着酸液浓度增大，污染土骨架连接方式由点?点接触向点?面接触、面?面接触转变，土体内部大孔隙消散、小孔隙增多使得有效渗流孔隙减少，导致污染土渗透系数降低；相同试验条件下不同类型污染土渗透性能变化规律为：硫酸<硝酸<盐酸<水，即酸液增强了黄土防渗及防污性能。研究结果以期为黄土地区的工程活动和防污治理提供有效参考。     

下扬子地区大隆组页岩孔隙发育特征及主控因素

为了研究下扬子地区二叠系大隆组页岩孔隙结构特征,联合扫描电镜、高压压汞、N₂/CO₂气体吸附实验手段对页岩储层孔隙结构进行了研究。结果表明,研究区二叠系大隆组页岩孔隙类型以有机质孔、粒间孔、粒内孔、溶蚀孔和微裂缝为主;孔隙结构为多峰态-多尺度孔隙并存,微孔-介孔-宏孔都有发育,各个尺度的孔隙对孔容都有所贡献,其中以0.75～1.5 nm的微孔、10～35 nm的介孔及大于100 nm的宏孔为主。通过拟合孔体积、比表面积与埋深、有机碳(TOC)、成熟度(R_O)以及矿物含量的相关性发现,微孔表面积与埋深、TOC呈正相关;微介孔体积和表面积均与R_O呈负相关;宏孔体积与埋深、TOC、黏土矿物含量呈负相关,与R_O呈较正相关;宏孔表面积与埋深成正比,与R_O成反比。研究结果说明下扬子地区大隆组页岩孔隙发育主要受控于埋深、TOC、R_O、黏土矿物含量等因素。     

Experimental study of steady seepage in unsaturated loess soil

The complexity of unsaturated soil means that its permeability coefficient and seepage law are important topics in soil mechanics and geotechnical engineering. In this study, a new type of equipment for measuring the seepage of unsaturated soil was used to study the steady seepage of unsaturated loess soil collected from northern Shaanxi province in China. The entire process of the steady seepage of unsaturated soil under different seepage hydraulic gradients was obtained, and the permeability coefficient in the steady seepage state was measured. When the soil water content was low, the soil moisture remained only in small pores or at the junction of soil particles, the effective seepage area of the sample was reduced, and the seepage path was extended. Therefore, the lower the water content, the smaller the permeability coefficient of unsaturated soil and the longer the time required for the seepage to reach a steady state. The matric suction of the unsaturated loess soil was measured under different water contents. With decreasing water content, water remained only in the smaller pores, which provided shrink films with a smaller radius of curvature. This allowed the shrink films to withstand a larger pore air pressure and transmit a smaller pore water pressure, so that the matric suction of the loess soil increased with decreasing soil water content. The Gardner model provided an accurate fit of how the matric suction varied with the volumetric water content of the unsaturated soil. The seepage velocity and seepage hydraulic gradient were correlated well with a linear relationship, indicating that the seepage law of unsaturated loess soil accords with Darcy’s law. The experimental results show that the new unsaturated soil permeameter has good performance and controllability, thereby providing support for studying the steady seepage of unsaturated soil.

     

基于NMR技术的超声波频率对煤体激励致裂效果的影响

为了深入研究超声波频率对煤体激励致裂效果的影响,利用超声波发生仪对原始煤样进行致裂实验,并利用低场核磁共振设备NMR设备对煤样进行测量,通过分析弛豫时间T₂曲线,深入研究煤样致裂前后孔隙结构的变化。研究结果表明:超声波可以有效改善煤体的孔隙结构,经超声波激励致裂后,煤样内部的孔隙数量增多,总孔隙率、有效孔隙率及渗透率均明显增大;同时,煤样内部小孔数量的增长率与超声波频率呈负相关关系,中孔和大孔数量、总孔隙率增长率、有效孔隙率及渗透率的增长率与超声波频率均呈正相关关系。研究结果为煤储层超声波致裂增透技术奠定理论基础。      

南华北盆地偃龙地区二叠系泥页岩微观孔隙特征及其影响因素分析

运用氩离子抛光—场发射环境扫描电子显微成像测试技术,对南华北盆地偃龙地区ZK1614井二叠系海陆交互相—陆相的泥页岩样品进行观察并获取二次电子及背散射信息。结合X射线能谱信息和JMicro Vision软件灰度识别功能,对样品矿物组成及微观孔隙特征进行定性分析和定量表征,并探讨了孔隙发育分布的影响因素。研究发现:样品主要发育的孔隙以无机矿物孔为主,孔隙类型有粒内孔、粒间孔、少量有机质孔及微裂隙;样品面孔率介于0.92%~5.53%之间,整体来看,面孔率大小与孔隙数量正相关;孔径大小介于50~2000 nm间,不同区段的孔面积对数指标与单位面积孔数量对数指标呈两段式线性关系,孔径较小时两者负相关,孔径较大时两者正相关。不同矿物对孔隙的发育有不同的控制作用,脆性矿物主要影响裂隙的发育,对孔隙的发育有一定的抑制作用;粘土矿物因构造应力、矿物相变及脱水等作用形成大量孔隙,对孔隙的发育起一定的促进作用。研究区燕山期、喜山期因构造活动形成了大量尺度较大的裂隙,裂隙的发育使岩层的渗流性能增加,促进了有机酸和地层水对矿物的溶蚀作用,相应的促进了孔隙的发育。此外,随着埋藏深度的增加,孔隙体积随着压实作用的增大而逐渐减小。     

Q2黄土浸水前后微观结构变化研究

对陕西蒲城电厂Q2黄土浸水前后的试样进行微观结构对比测试,得到了大量珍贵的微观结构图片。浸水前后Q2黄土的微观结构定性、定量分析表明：架空孔隙受力作用影响较大,对水的作用敏感;粒间孔隙对压力和水的作用相对较迟钝;Q2黄土的湿陷峰值压力大于200 kPa。随着压力的增大,Q2黄土的灰度熵、欧拉数和孔隙的面积比例、圆形度、定向度、分布分维减小;而颗粒的面积比例、圆形度、定向度、分布分维将增大;随着水的浸入,各量将继续减小或增大;浸水后孔径大于20 ?m的孔隙含量减少,孔径小于20 ?m的孔隙含量增加,湿陷的过程中大部分孔隙都在发生变化,大孔隙变成中、小孔隙,中、小孔隙则变为更小的孔隙。浸水前后微观结构的变化能较好地解释Q2黄土特殊的湿陷性。     

马兰黄土孔隙结构特征——以赵家岸地区黄土为例

颗粒间的孔隙分布特征从本质上控制着马兰黄土的宏观结构,影响马兰黄土的强度特性。马兰黄土的微观结果分析已逐渐成为研究黄土基本特性的一个新方向。本文通过固结实验、扫描电镜和ImageJ图像分析软件对赵家岸滑坡地区马兰黄土的孔隙分布和变形特性进行分析。首先确定了适合ImageJ图像分析的扫描电镜二维照片的阈值和图像拍摄最佳倍数;获取了原状马兰黄土在不同含水量固结试验前后的孔隙数量和孔隙面积的分布特征;揭示了大、中架空孔隙为黄土固结过程中的主要变形区;建立了马兰黄土孔隙中大架空孔隙、中架空孔隙和小架空孔隙的逐步破坏模式;明确了水对孔隙破坏的促进作用,当含水量增加到液限范围时,大、中型架空孔隙会出现加速的破坏现象。     

深层振动密实对湿陷性黄土层水平应力变化的影响

深层垂直振动不仅会增加土体刚度,还会增加其水平有效应力。结合深层振动密实技术在我国西北地区处理湿陷性黄土地基的首次实践,探讨了深层振动密实对湿陷性黄土地基土层水平应力变化的影响,同时揭示了湿陷性黄土振动密实的机制。现场试验结果表明,处理深度范围内（–8 m）土层的锥尖阻力和侧壁阻力平均提高了2倍以上,摩阻比增加了20%～50%。–3 m以上范围内土层的侧壁阻力比值较大,且对应较高的水平应力变化值（ ）,土层水平应力增加显著。深度–3～–7 m范围内土层的侧壁阻力比保持在4左右,对应 值在3～4之间。–7 m以下土层的 值逐渐减小并趋于1。水平应力变化受土层侧壁阻力比的影响较大,受有效内摩擦角的影响小。分析认为,水平应力的增加,导致土层产生“预固结”效应,在微观上表现为黄土由疏松多孔的粒状结构趋向于镶嵌结构,以架空孔隙为主导的大孔隙或消失或演变为镶嵌孔隙等小孔隙,土体逐渐变得密实。     

Characteristics of strength and pore distribution of lime-flyash loess under freeze-thaw cycles and dry-wet cycles

This paper investigated the characteristics of unconfined compression strength and pore distribution of lime-flyash loess (LFL) by means of a series of experiments under freeze-thaw cycles or dry-wet cycles. The test samples, designed with moisture content 23.5% and dry density 1.565 g/cm³, were mixed at a certain mass ratio of 0.05(lime):0.1(flyash):1(dry loess). Unconfined compression strength tests and mercury injection experiments of LFL were both conducted. The data derived from unconfined compression strength tests indicated that the strength of LFL decreased dramatically after two times of dry-wet cycles, then strength increased slightly and kept stable in the following cycles, and the final strength loss was 29% under dry-wet cycles; the strength of LFL became stable after six times of freeze-thaw cycles, and the corresponding final strength loss was 16%. The data obtained from mercury injection experiments showed that the total pore volume of LFL under dry-wet cycles increased by 19%, in which volume proportion of large pores was dramatically increased but medium pores, small pores, and micropores stayed unchanged; while the total pore volume of LFL under freeze-thaw cycles increased by 14%, in which volume proportion of large pores was dramatically increased and micropores was slightly increased, but medium pores and small pores basically stayed unchanged. Therefore, both freeze-thaw cycles and dry-wet cycles undermine the strength of LFL, but they caused a typically different characteristic of pore distribution from the microperspective.