压缩过程中重塑黏土渗透系数的变化规律

重塑黏土渗透系数是岩土工程众多领域中的一个重要参数,分析其主要影响因素并提出简单实用的定量表达式有着重要的理论价值及工程应用前景。已有的渗透系数预测方法或者由于参数复杂,或者由于适用范围窄、精度低,不能很好地得到应用。收集了已有不同文献23组液限变化范围为40%～300%的重塑黏土的固结渗透试验数据,通过分析指出了土体压缩过程中当应变大于20%时渗透系数对数值与孔隙比成非线性指数关系而非线性关系,明确了已有渗透系数预测方法的主要缺陷。采用多元线性回归分析方法,揭示了影响黏土渗透系数的主要影响因素,提出了适用范围广、参数简单的渗透系数定量计算表达式。     

结构性对上海软土渗透系数影响的试验研究

对在不同固结压力下原状土、重塑土的渗透系数进行试验研究，对比分析渗透系数的变化规律，研究上海软土结构性对渗透系数的影响。该试验的研究结果对上海软土渗透系数的确定有重要的工程指导意义。     

上海软黏土的孔径分布试验研究

为研究结构性对软黏土变形特性的影响,对上海软黏土原状样和不同制样方式得到的重塑样、泥浆样和压实样开展了压缩试验和压汞试验,确认固结压力和制样方式对软黏土的孔径大小及分布具有重要影响。试验结果表明:上海软黏土原状样的孔径分布为单峰孔径分布,孔径大小主要分布在0.01~1.00?m之间;结构性对孔径分布影响较大,随着固结压力的增大,大孔隙和中孔隙逐渐向小孔隙转化,尤其是固结压力大于结构屈服应力后,这种现象更加明显;不同制样方法得到的重塑样、泥浆样和压实样,在饱和状态下的孔径分布均为单峰孔径分布,但不同制样方式得到的土样孔径分布差别较大,压实样的孔径相对较大,泥浆样的孔径分布较为集中;随着固结压力的增大,不同制样方法在相近孔隙比下的土样孔径分布差别虽然有所减小,但仍无法达到相同或接近,即固结压力无法消除制样方式对土体孔径分布的影响。用简单表示组构的参考孔隙比对不同土样的压缩曲线进行归一化整理,得到4种土样的压缩曲线可归一化为一条相关度极高的直线,说明参考孔隙比用于简单表述土体的组构是合理、有效的。     

上海软土微观空隙各向异性特征及其成因分析

扫描电镜分析结果表明,上海地区软土存在微观结构上的各向异性,其中空隙按成因可分为原生、次生两种类型.原生空隙在絮凝过程中产生,并在固结过程中由于重力等作用趋于闭合或张开,导致水平向空隙的渗透性优于垂直向;地下水溶蚀含水层中易溶颗粒而形成的空隙,或经渗流动力作用改造已有空隙而形成的空隙称为次生型空隙.次生空隙的各向异性程度往往高于原生空隙.渗流的各向异性取决于空隙分布及其连通性的各向异性;各向异性介质中的渗流则将加剧软土微观与宏观结构的各向异性特征.     

渗透系数的变异性对压实黏土衬垫性能的影响

压实黏土衬垫是填埋场等环境岩土工程中常用的屏障材料,其厚度和渗透系数是主要的设计参数。考虑渗透系数的变异性,用衬垫底部污染物相对浓度和通量等指标分析了设计参数对衬垫有效性的影响。研究表明,渗透系数的变异性对衬垫性能有很大的影响：当衬垫厚度较小或渗透系数均值较大时,衬垫底部出现高浓度（接近于1）的概率很大,这个浓度区间可能比相对浓度的均值高很多,对周围环境污染有较大的威胁。从非反应性溶质的运移来看,我国规范中对衬垫厚度和渗透系数的规定是合理的。相对于污染物的通量,厚度和渗透系数对衬垫底部相对浓度的影响更为显著,相对浓度更适合作为评价衬垫性能的指标。     

高岭-蒙脱混合黏土渗透各向异性模型研究

完善的渗透各向异性模型有助于指导地下建筑施工期和运营期的排水注浆方案的选定,为了建立完善的渗透各向异性模型,利用三轴渗透仪对高岭-蒙脱混合黏土开展一系列渗透试验,并从宏观和微观两个角度尝试建立渗透各向异性模型。研究结果表明：随着膨润土掺入量增加,混合黏土中小孔隙含量不变,中孔隙含量增多,而大孔隙含量减少;随着固结应力的增大,混合黏土中孔隙均减少,且孔隙最大孔径减小;宏观参数孔隙比和液限孔隙比与渗透各向异性比之间的规律性较弱,说明孔隙比和液限孔隙比不是决定渗透各向异性比的关键参数;用微观参数表述的渗透各向异性模型有较强的规律性,说明从微观角度探究渗透各向异性模型不仅可行,而且更能揭示混合黏土渗透各向异性的本质,且微观参数模型中,用能反映较大孔隙变化的孔径指数 ～ 表述的渗透各向异性模型相关性最好。     

上海浅部黏土化学特性与沉积环境相关性

土体孔隙溶液化学特性反映其沉积环境,沉积环境影响土体的工程性质,其相关性是土力学的重要研究内容。本文首先详细介绍软土孔隙溶液化学特性的试验方法,并对上海浅层黏土展开试验研究。通过试验给出了土层各项化学特性指标的分布规律。结合上海地区海平面变化,探讨上海浅部土层的化学特性所反映的沉积环境变迁历史,尤其是第四纪海侵海退对土体化学特性的影响。分析土体的化学特性与其物理力学特性的相关性,获得了在不同沉积环境（海侵和海退）中软土的含盐量对灵敏度和物理指标的两种相反的影响规律。     

干湿循环作用下高低液限黏土防渗性能对比研究

针对低、中、高3种干密度的低液限和高液限压实黏土,开展经历干湿循环过程的渗透系数和孔隙结构变化特征对比研究。结果表明：经3次干湿循环后,相同液限条件下,高压实黏土渗透系数增加比例高于低压实黏土;相同干密度条件下,高液限黏土渗透系数增加比例高于低液限黏土。干湿循环过程中,压实黏土孔隙结构损伤对渗透系数影响随着压实度和液限的提高而加大,而裂隙的发育对渗透系数影响随着压实度的增加和液限的降低而降低。干湿循环过程中低液限压实黏土试样只收缩不开裂,而高液限黏土裂隙发育明显,小尺寸渗透试样无法完全反映裂隙发育对渗透系数的影响,其渗透系数的变化更多是孔隙结构的变化所致,建议通过现场渗透试验或室内大尺寸渗透试验对干湿循环作用下不同液限黏土渗透系数的差异作进一步研究。     

软黏土的各向异性临界状态模型

剑桥模型只适用于正常固结软黏土,不能描述不等向固结土的应力-应变行为的各向异性特性。基于剑桥模型,在其椭圆屈服面中引入各向异性张量和一个形状参数,建立了一个各向异性屈服面,提出了一个适用于等向和不等向固结软黏土的本构模型。各向异性张量的初始值由初始固结应力状态确定,其演化过程由一个与塑性剪应变和塑性体应变都有关的硬化法则描述。形状参数的引入保证了各向异性屈服面的灵活性和适应性。通过对Boston Blue黏土、高岭土和Otaniemi黏土的三轴试验结果的模拟,验证了模型的模拟能力。     

含水介质各向异性对渗透系数空间变异性统计的影响

针对目前渗透系数实测样本假定满足各向同性的局限,以Borden含水层试验场实测数据为例,通过反证法进行相关数据分析,总结了含水介质各向异性对渗透系数空间变异性统计的影响,并指明渗透系数各向同性假设的适用条件以及不合理之处。同时相应地给出了研究尺度下渗透系数场能否采用平稳随机场描述的判定依据。最后为今后进一步开展渗透系数空间变异性研究提出几点建议。     

Hypoplastic and viscohypoplastic models for soft clays with strength anisotropy

This paper presents a new viscohypoplastic model for soft clays accounting for their typical features—strength anisotropy and rate dependency. The model is based on the hypoplastic model for clays enhanced by the anisotropic shape of the asymptotic state boundary surface. It has been shown that if the surface is skewed, the model predicts different ultimate strength in compression and in extension. Additional enhancement makes the tensor L bilinear in the strain rate, which more realistically predicts the stress paths of K₀ consolidated samples. The new model has been evaluated by simulating laboratory experiments on soft marine clays (Singapore and Bangkok clays). The model can be easily calibrated using only undrained triaxial and odometer tests. The model is subsequently enhanced by the rate effects. The resulting viscohypoplastic model has been evaluated using experiments of remolded kaolin clay and St. Herblain clay. It is shown that the enhanced model can predict important features of soil viscous behavior, such as rate dependency of strength and preconsolidation pressure, relaxation, and creep.     

考虑各向异性的软黏土扰动状态本构模型

以大量试验结果为依据,运用物理意义明确、获取简便快捷、经济实用的土电阻率结构指标进行软黏土扰动变量的表征和测定。以三轴试验与电阻率测试结果为基础,进行了扰动函数的构建。在软黏土扰动状态描述中,引入旋转硬化因子,用以考虑应力诱发各向异性,进而构建了考虑各向异性的软黏土扰动状态概念本构模型。模型从一定程度上克服了传统扰动变量获取方法的弊端,克服了传统借用数学演绎手段建立扰动函数的不足,提高了模型应用的适用性。在模型构建中,融入初始应力各向异性的影响,从而使模型能更好地反映软土实际工程情况。三轴排水剪切试验验证结果表明,该模型可较好反映软黏土受荷下的结构变化情况和受力特性。     

关于上海勘察规范中钻孔降水头注水试验计算公式几点讨论

本文分析了钻孔降水头试验的渗透系数计算公式,并与上海勘察规范的渗透系数计算公式进行对比,发现上海规范公式未能反映渗水段的各种边界条件、套管内径与渗水段直径差异、土层各向异性。在粉土或砂土层做注水试验、且套管隔水设置在上覆粘性土层中或者在夹粉土较多粘性土层做注水试验,采用上海规范公式计算得到的渗透系数将偏小。采用钻孔+隔水带注水试验方法时,采用上海规范公式计算得到的渗透系数将偏大。综合分析结果,建议对上海规范公式进行适当修正。     

软土初始应力各向异性弹塑性模型

自然土体处于初始应力状态,其强度和应力-应变关系都呈现出各向异性,而以往广泛使用的剑桥模型是建立在重塑土试验结果的基础上的,因此,计算实际问题时有一定缺陷.在总结了一些在修正剑桥模型基础上进行扩展而得到的各向异性模型,尤其是S-CLAY1模型.然后,假定了初始屈服面的倾角为K0线,这样使S-CLAY1的计算更加简单.此外,还编制了相关程序,进行了比较计算.结果表明,该模型简单合理,参数正确,可以在实际工程中应用.     

重塑上海软土的压缩和剪切变形特性试验研究

根据典型上海软土重塑土样的等向压缩试验,测K0与不测K0的单向压缩试验结果,得到不同试验条件下的压缩指数Cc和膨胀指数Cs,并分析了它们之间的关系。进行三轴排水剪切试验,得到了重塑上海软土在不同超固结比和围压下的变形和强度特性,并计算出重塑上海软土的内摩擦角。最后,根据一组不同荷载下的长期单向压缩试验结果,得到重塑上海软土的次压缩系数C?与荷载之间的关系。上述研究得到的初步结论及相关参数可为工程实践、超固结上海软土本构模型的建立提供参考数据。     

海相软土压缩特性的试验研究

对不同取样方式得到的上海、江苏地区海相软黏土的原状样和重塑样进行了单向压缩和等向压缩试验,分别得到各自的压缩曲线、压缩指数 和回弹指数 。通过比较原状样、重塑样的归一化压缩曲线的差异,确认了结构性对软黏土压缩特性的影响。把屈服应力后的压缩曲线外延至10 kPa时的孔隙比定义为参考孔隙比 ,用于简单量化土的组构。根据多次单向压缩试验结果得到的压缩指数 ,建立了原状样和重塑样的压缩指数 与孔隙比 或参考孔隙比 的相关方程,并通过单向、等向压缩指数的比较,认为此方程也适用于等向压缩试验结果。根据原状、重塑样压缩指数 与参考孔隙比 具有基本相同关系的结论,对原状样的结构屈服特性进行了探讨,认为原状样在压力大于结构屈服应力后,胶结已基本破坏,原状样和重塑样压缩特性差异主要是由组构的差异引起的。该研究成果,尤其是压缩指数 与参考孔隙比 的相关方程,可为工程提供重要的参考。