马兰黄土渗气率与饱和渗透系数的关系研究

利用改进的ZC-2015型渗气仪和TST-55型渗透仪进行马兰黄土渗气和饱和渗透试验,确定稳定渗气率对应的稳定渗径,进而探讨渗气率ka和饱和渗透系数Kw的关系。研究结果表明: ka不仅能描述非饱和土孔隙和结构特征,也能用于预测Kw。气体渗气率随着渗径的增大而减小,最终趋于稳定,原状和重塑黄土的稳定渗径均约8 cm。ka和Kw间呈明显的双对数线性关系,不同深度的原状风干黄土和不同粒组的重塑土的lgka和lgKw间的相关性都比较明显,但原状风干黄土和重塑土之间的拟合公式有很大差异。另外,黏粒含量较高时,重塑土拟合直线的斜率β和截距α明显增大。不同含水率下,重塑土拟合公式有很大的差异,当含水率较大时,随着干密度的增大,ka的变化程度比Kw大,拟合直线的斜率β和截距α都有明显的减小。     

黄土渗气系数原位测试原理方法及适用性试验研究

渗透系数是黄土渗透变形破坏及黄土水理性质相关研究中的一项重要参数,而渗气系数与渗透系数具有良好的相关性且其测试过程不受黄土水敏性的影响,同时比渗透系数测定更为方便和快捷,因此具有良好的推广应用前景.本文介绍了黄土原位渗气测试方法的原理,在此基础上针对插入式和接触式两种原位渗气测试方法,在不同地区黄土地层开展了一系列原位...     

杭州地铁储气砂土的渗气性试验研究

浅层气地质灾害对工程的影响日益受到重视,认清储气土层的气渗透特性是采取积极有效工程措施防治灾害影响的基础。以杭州地铁所遇的储气砂为研究对象,利用自制的渗气性量测装置对其进行了系统的试验研究。结果表明：地铁工程所遇的浅层气储气砂层属渗透性极好储层,渗透率达2 960×10-3 ?m2;砂土中气渗透规律符合达西定律;饱和度较低时,含水率的增加对砂土的渗气性影响很小;随着饱和度的增加,气渗透性逐渐减弱,在饱和度大于80 %后,渗气系数急剧减小直至完全不透气;饱和度的变化相对于干密度对储气砂土的渗气性影响更为显著。     

非饱和黏土质砂的渗气规律试验研究

为了探讨非饱和黏土质砂的渗气规律,对常规三轴仪进行了改造,使其能够进行非饱和土渗气性量测,改进后的渗气装置具有构造简单、制样方便、试样均匀性好、加载系统稳定、可用量测的气压力梯度范围较大、提高了量测精度等优点,并解决了量测空气体积困难的问题和渗气试验气体从刚性壁和试样边缘流出的问题。使用该套仪器研究了不同干密度和不同含水率条件下气体流速与渗透系数随压力梯度变化的规律,分析了气体流速、渗气系数同含水率和干密度之间的依存关系,建立了渗气系数与含水率和干密度之间的函数关系。研究结果表明：试样在所研究的含水率、干密度范围,非饱和黏土质砂中气体流动可用达西定律描述。     

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。     

土石混合体原位水平推剪试验

在长江三峡库区沿岸普遍存在着由于滑坡、崩塌、风化卸荷、残坡积和冲洪积等复杂成因而形成的第四纪松散堆积体,其力学特性介于土体与碎裂岩体之间,为了强调其组成及结构上的特点,称之为"土石混合体"。在大量现场调查的基础上,对三峡库区土石混合体的成因进行了总结。在滑坡现场对土石混合体进行了原位压剪以及推剪试验研究,揭示土石混合体在原位受剪情形下的变形与破坏规律。     

中原邙山黄土地层划分的讨论

地层时代和地层划分研究一直是基础性、先导性工作,随着科学研究的深入和材料的丰富,地层划分不断被重新认识。黄土地层时代和划分主要依靠OSL、14C、古地磁和磁化率的对比。中原邙山因发育巨厚的马兰黄土而闻名中外,但地层划分却出现了不同的认识。早期对赵下峪剖面的研究认为L₁层厚98 m,并发育L₁SS₁弱古土壤层;剖面底部出露最老地层为S₁₀层。后来的观点把早期的L₁层划分为L₁、S₁、L₂层,剖面底部出露最老地层为S₁₁层。通过对B/M界线进行详细的古地磁研究,剖面上部补充年代测试样品,结合已有测年结果,分析认为早期对L₁的划分和对剖面最老地层的确认是正确的,但B/M界线位置划分有误;而后期的研究对B/M界线位置的划分是正确的,但把底部最老地层划分为S₁₁是不当的,同时把马兰黄土中弱古土壤层L₁SS₁划分为S₁也是不合适的。地层对比表明,邙山黄土发育了S₀—S₁₀黄土—古土壤序列,B/M界线位于L₈下部。      

重塑马兰黄土渗透性试验研究

为了研究干密度和初始含水率对重塑黄土渗透性的影响,对延安新区I期工程所取的重塑马兰黄土进行了饱和渗透试验。结果表明:在非饱和状态,干密度对饱和时间的影响最为显著,饱和时间随干密度的增大而增大,而初始含水率对饱和时间的影响不明显。重塑马兰黄土的渗透系数随着干密度的增大而减小,其关系可以拟合为幂函数关系。在一定干密度范围内,渗透系数随初始含水率的增大而减小,其关系可以用直线关系拟合。渗透系数与孔隙比之间可以用幂函数关系拟合,渗透系数随孔隙比的减小而减小。初始含水率、干密度以及孔隙比都是影响重塑黄土渗透性的重要因素,其主要是通过对试样微结构的影响而影响渗透系数。该研究对延安新区的工程建设具有一定的理论指导和实际应用价值。     

吕梁山区马兰黄土抗剪强度参数的区域变化规律及其影响因素试验研究

为探索吕梁山区原状马兰黄土抗剪强度参数区域上的变化规律,以该地区29个区县94个取样点的马兰黄土为研究对象,通过直剪试验及其影响因素试验,分析区内马兰黄土抗剪强度参数的空间变化规律,及其抗剪强度参数c、φ与天然含水率、天然干密度、增湿含水率、含盐率等影响因素的变化规律。结果表明：在水平地域上,抗剪强度参数c、φ表现为东高西低、南高北低;在垂直空间上,表现为从表层向下黏聚力逐渐增大、内摩擦角逐渐降低的趋势;吕梁山东、西两侧原状马兰黄土抗剪强度参数c、φ受天然含水率、天然干密度的影响较小,离散程度较大;在天然状态条件下,随着含水率的增加,黏聚力c与增湿含水率具有良好的负指数函数关系,内摩擦角φ与增湿含水率呈负线性关系;在同一含水率条件下,含盐率与抗剪强度参数c、φ具有正相关关系;与含盐率相比,增湿含水率对c、φ的影响作用更为显著。该研究可为该地区马兰黄土地层的工程建设及防灾减灾工作提供基础和必备条件。     

饱和土体原位大型剪切试验方法与实践

由于室内剪切试验结果存在试样结构性扰动和尺寸效应等带来的不确定性问题,且以往的常规原位大型剪切试验是针对天然状态土体,不能获得饱和土体的强度参数,导致岩土结构稳定性分析和工程设计中大多采用反演方法求取强度参数,而很少直接运用这些试验参数.在本次试验方法研究中,试验仪器仍然采用常规的天然土体原位大型剪切试验仪器,针对土体饱和问题,设计了“制样后饱和法”和“饱和后制样法”2种浸水饱和装置,并采用这2套装置在甘肃省黑方台地区进行了7个饱和黄土原位大型剪切试验.结果表明,2种饱和方法都能够使土样饱和,“饱和后制样法”容易达到饱和,试验历时短,但对试样扰动大,甚至导致试样在制样时破坏,试验成功率低;“制样后饱和法”达到饱和历时稍长,对试样扰动小,试验成功率高.与原位天然大剪试验相比,粘聚力c值由44.65kPa下降至17.35kPa,φ值由14.18°降至11.95°;与室内饱和固结快剪相比,饱和黄土原位大剪的c值增加约4kPa,φ值增加3°左右.     

延安新区马兰、离石黄土饱和渗透特性的试验研究

饱和渗透系数是重要的水文地质参数,由于沉积环境的不同,不同地层黄土的饱和渗透性存在明显差异,研究黄土在天然状态下与室内不同压实情况下的渗透特性对揭示挖填混合区域的地下水流场有重要的理论意义。本次研究以延安新区的马兰黄土及上离石黄土为研究对象,通过室内常规渗透试验,测定原状样及不同干密度重塑样的饱和渗透系数,并进行对比研究。结果表明：原状马兰黄土的密实度相对略低,其饱和渗透系数高于原状离石黄土,约为原状离石黄土的2～4倍。重塑马兰黄土与重塑离石黄土的饱和渗透系数差异不大。在击实作用下,重塑黄土的饱和渗透系数明显降低,约为原状黄土的0.38倍。由于生物孔洞等的存在,原状马兰黄土的饱和渗透系数与孔隙度或干密度无显著的单调关系。而原状离石黄土及重塑黄土的饱和渗透系数随孔隙度的增大而增大,随干密度的增大而减小,且重塑黄土的饱和渗透系数与孔隙度和干密度呈半对数关系。     

基于以气驱水技术的含水地层灌浆改性试验研究

当对含水地层进行灌浆改性时,通常会受到土体孔隙中自由水的不利影响。为此,考虑将以气驱水技术应用于含水地层化学灌浆中,以提高改性效果。对饱和黏土与粉质砂土开展以气驱水可行性试验,结果显示在饱和粉质砂土中充气驱替孔隙中自由水具有较好的可行性,在饱和黏土中则难以顺利进行。这是因为土体内部孔隙大小会直接影响初始进气值Pc,同时充气压力亦不能超过极限压力Pmax,否则土体内部会发生劈裂破坏,形成大范围空气通道;研制含水地层以气驱水化学灌浆模拟装置,以粉质砂土为研究对象进行对比试验,试验结果显示在以气驱水技术的辅助下进行化学灌浆可更加显著地改善原有土体的渗透性、无侧限抗压强度与微观结构,电子显微镜扫描也显示出相似结果,这是因为通过充气能够在含水地层中产生空气隔幕,为浆液提供良好的灌注、凝硬环境。     

基于原位试验银川平原湖泊蒸发模型研究

湖泊在流域水循环中具有重要作用,对于地区的气候调节、促进地区经济可持续发展和维护生态环境具有不可替代的作用。量化湖泊蒸发对西北干旱地区水资源与生态需水量评价至关重要。目前已有的湖泊蒸发量计算方法忽略了水深对蒸发的影响。在宁夏水与环境野外科学观测研究站开展不同水深的水面蒸发试验,利用皮尔逊相关性和非线性回归分析,探究水深与水面蒸发的关系。根据计算的水面潜在蒸发量折算系数,拟合得到适用于银川平原水面蒸发的深度蒸发计算模型。以清水湖为例,利用单波束无人船探测湖床形态,得到湖水水深,并将深度蒸发计算模型与Penman-Monteith（PM）公式进行对比分析。结果表明：2 种模型得出的清水湖年平均水面潜在蒸发量相差0.679 mm/d;在月平均水面潜在蒸发量曲线的走势上,PM公式的计算结果受温度影响明显,而深度蒸发计算模型相对温度的变化具有滞后特征,更好地反映了水深对温度的调节作用,使水面潜在蒸发量的计算更加精准。本研究所拟合的深度蒸发计算模型提高了银川平原湖泊水面蒸发的计算精度,为银川市内湖泊生态研究提供了参考,同时也对该地区的水资源利用和生态环境保护产生基础性影响。     

掺气减蚀设施体型优化研究

建立了计算掺气设施水力特性的数学模型和挑坎掺气槽坎高的优化目标函数,对原型掺气槽的体型优化进行了研究.研究表明,掺气设施的优化坎高主要与来流Fr数有关,来流Fr数愈大,所需坎高愈小;来流Fr数愈小,所需坎高愈大.     

基于原位渗透率试验反演岩石孔隙度的新方法

为了获取岩石的原位孔隙度,在原位稳态渗透率试验的基础上,建立了以孔隙度和渗透率为主要参数的瞬态气体渗流模型,构造了基于遗传算法的孔隙度反演模型,分别采用原位渗透率试验中获取的岩石渗透率和瞬态压降数据作为已知量和观测数据,形成了基于原位渗透率试验反演岩石孔隙度的新方法。针对某场地的原位渗透率试验数据,分析了孔隙度对压降曲线的影响及孔隙度反演的可行性,编制了并行孔隙度反演程序,在大型计算机上对两个钻孔的孔隙度进行了反演并证明了反演结果的惟一性,最后通过数值模拟和实验室测量验证了反演结果的正确性。作为一种原位试验方法,对岩石及其孔隙结构破坏较小,其孔隙度反演结果比实验室测量法具有更好的区域代表性,反演结果可应用于气体泄漏行为模拟中。     

鄂尔多斯高原湖泊蒸发原位试验研究

鄂尔多斯高原分布有大量湖泊,湖泊蒸发作为地表水的主要排泄方式,是准确评价水资源的关键均衡项之一。研究湖泊蒸发对于认识区域水循环、水资源评价和湖泊生态环境保护等方面有着重要的现实意义和科学价值。然而该地区对于湖泊蒸发的实测资料有限,大多通过折算法和公式法计算。本次研究在鄂尔多斯高原典型湖泊——木凯淖开展原位试验,通过安置在湖泊中心的蒸发器实测水面蒸发,分析蒸发与气象因素之间的相关性,并将原位湖水蒸发和湖边陆面蒸发皿蒸发以及Penman公式理论值进行对比。研究表明,湖水蒸发受湿度和气温两种因素影响较大;湖泊水面蒸发与湖边陆面小蒸发皿的折算系数约为0.85,较前人研究偏大;湖水蒸发受湖水盐度影响很小,可以忽略;与Penman公式计算结果相比,相关性分析结果较高,在缺乏实测资料时,可通过Penman公式估算湖水蒸发。     

含浅层生物气砂土孔压静力触探试验研究

含浅层生物气的砂土是一类特殊的非饱和土,由于此类砂土中含有数量不等的生物气,生物气的存在对砂土的工程性质影响较大,使其有着有别于一般砂性土的特殊工程特性。本文采用孔压静力触探仪,对河湖相沉积的砂土是否含有生物气进行了初步判别,然后对生物气释放前后砂土的承载性能进行了现场和室内试验对比研究,认为在不发生渗透破坏的情况下,生物气的缓慢释放会提高砂土的承载力,有利于砂土上部建筑物的稳定。     

黄土原位钻孔剪切试验研究

准确获得黄土原位土体抗剪强度参数对黄土工程至关重要。将钻孔剪切试验应用于西安某黄土滑坡原位土体抗剪强度参数测试,提出了黄土场地中适宜的成孔方法,在原Iowa钻孔剪切仪基础上加装微型位移测量系统和剪切力测量系统,精确测量法向位移与剪切应力,并将钻孔剪切试验结果与室内直剪试验结果进行了对比。结果表明,改进后的设备测试更加可视化、可控化;试验阶段法向压力–位移分布近似在一条直线上,土体处于似弹性变形阶段;首级法向压力固结时间为10 min,后续每级压力固结时间为5 min,满足试验要求并能保证试验成功率;与室内直剪试验相比,钻孔剪切试验测得的内摩擦角平均大40.8%,黏聚力平均小12.7%。钻孔剪切试验数据之间相关性较好,测试效果良好,可为今后黄土原位土体抗剪强度参数测试提供借鉴与指导。