土体干缩裂隙发育过程及断裂力学机制研究进展

土体干缩开裂是一种常见的自然现象,能极大弱化土体的工程性质,是许多岩土、水利和地质工程问题的直接诱因。然而,目前学界关于干缩裂隙的发育机理尤其是裂隙现象中蕴含的力学机制尚缺乏深入认识,重视程度严重不够。基于国内外近些年来围绕土体干缩开裂所开展的研究,着重对裂隙发育机理和断裂力学理论的应用进行了系统的归纳和总结,并基于当前的研究不足,提出了今后的研究重点和方向。结果表明:(1)蒸发为土体干缩开裂的前提,对于初始饱和的土体而言,土体开裂发生时仍处于饱和状态,水分蒸发处于常速率阶段,此时对应的含水率为临界含水率;(2)土体发育干缩裂隙是内部应力作用的结果,在干燥过程中,基质吸力引起的张拉应力达到或超过抗拉强度时,土体发生开裂,因此,基质吸力和抗拉强度是影响土体开裂的两个关键力学参数;(3)土体开裂与体积收缩密切相关,收缩是土颗粒在张拉作用下发生移动的宏观表现,可以分为正常收缩、残余收缩和零收缩阶段,且大多数裂隙发生在正常收缩阶段,少部分发生在残余收缩阶段,体积收缩为开裂提供了空间,因此,收缩是裂隙形成和发育的必要条件;(4)断裂力学是研究土体开裂破坏的主要工具之一,运用断裂力学对土体裂隙发育过程进行解释一般有两种途径,即从应力的角度和从能量的角度,涉及的土体断裂力学参数包括应力强度因子、断裂韧度和能量释放率,是用来判断土体是否开裂以及什么时候开裂的有力依据;(5)用于测定土体断裂参数的方法主要有三点弯曲断裂试验和直接拉伸试验,以及基于这两种方法改进的试验方法。     

土体内在结构对热导率计算模型的影响研究

为得到适用于土体的热导率模型,利用软件将土样扫描电镜图片（反映土体的真实结构）二值化,采用瞬态传热分析方法对土体进行二维传热分析,通过ANSYS模拟土体并分析得出土体热导率。并且将数值分析结果与实测结果进行对比,发现两者间误差较小,说明该方法能较精确地得到土体热导率,为土体热导率理论模型的建立提供了一种新方法。在此基础上,对粉砂、粉土及粉质粘土的热导率进行研究,发现土体热导率随孔隙率的增大而减小,粉砂热导率的减小速率最大,其次为粉土,最小为粉质粘土。     

咸阳市农田蒸散分析

利用1971—2012年咸阳市农田土壤水分连续观测资料及各月温度、降水等气候要素资料,计算分析了不同水分条件下的蒸散量变化,为建立合理的节水灌溉制度提供科学依据。     

地铁隧道围岩内温度分布规律的模型试验及其热导率反算研究

为能精确计算地铁隧道围岩内的传热量,模拟了地铁隧道围岩内的热传导,研究了地铁围岩内的温度分布规律,并通过试验结果对土体热导率进行反算。分析表明：同一时刻,距隧道壁面不同距离处的温度以指数形式进行变化,距离越远,温度越小;时间越久,隧道内流体的温度影响范围越大。除隧道外壁面外,距隧道壁某距离处的温度,随时间的增长而逐渐增长,距隧道壁较近处土体温度较高,温度增长速率随时间的增长而逐渐减小;距隧道壁面距离较远处温度较低,其增长速率随时间的增长而逐渐增大。传热时间超过某一值后,围岩内温度增长率逐渐平稳趋于一定值。根据模型试验结果能较精确得到土样的热导率数值。     

粉土热导率与含水量关系的实验研究

目前报道的不少实验成果,在得出粉土热物性指标和某一因素的关系时,并未保持其他影响因素固定不变,因而只能说明粉土热物性指标随影响因素的定性变化趋势。要建立热物性指标与影响因素间的确定性关系和推算公式,需要更为严格的实验,即研究某一影响因素时保持其他因素不变。通过一系列实验,对粉土试样的热导率进行研究,在排除孔隙比、干密度、土样成分等影响因素的情况下,独立分析了粉土的热导率与含水量间的关系。实验结果表明粉土的热导率随含水量的增大而增大,其变化规律与砂土一致,都符合对数变化规律,且整个变化过程可分为两个阶段。同时还分析了粉土的内在传热机制,有效描述和解释粉土热导率随含水量的变化规律。分析结果表明用对数形式来描述粉土热导率与含水量之间的关系是正确的。     

咸阳市农田蒸散分析

利用1971—2012年咸阳市农田土壤水分连续观测资料及各月温度、降水等气候要素资料,计算分析了不同水分条件下的蒸散量变化,为建立合理的节水灌溉制度提供科学依据。