基于GDS系统的非饱和土渗透试验方法研究

基于GDS系统的非饱和土渗透试验 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 研究 基于GDS系统的非饱和土渗透试验方法研 究 第23卷 2009焦 第5期 10月 岩土工程技术 GeotechnicalEngineeringTechnique VoI.23No.5 Oct.2009 文章编号:1007—2993(2009)05—0255—03 基于GDS系统的非饱和土渗透试验方法研究 陈昌富李树伟 (中航勘察设计研究院,北京100086) 【摘要】非饱和土渗透系数的测量,是研究非饱和土渗透特性的重要方法,但由于渗透系数测量困难,多数研究仍然 以理论为主.为试验研究非饱和土渗透系数,利用GDS系统,研究非饱和土渗透系数测量的试验方法,研究结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明:基于 GDS系统的非饱和土渗透试验细化了试验阶段,简化了试验过程,得到有效的试验数据,为试验研究非饱和土渗透系数提供 了研究思路. 【关键词】非饱和土;渗透试验;GDS系统 【中图分类号】TU455【文献标识码】Bdoi:10.3969/j.issn.1007—2993.2009.05.009 StudyontheMethodforUnsaturatedSoilPermeabilityTestBasedonGDSSystem ChenChangfuLiShuwei (AVICInstituteofGeotechnicalEngineering,Beijing100086,China) 【Abstract】 TheunsaturatedsoilpermeabilitytestisanimportantwaytOstudypermeabilitycharacteristi csofunsaturated soil.DuetOthedifficultyofmeasuringpermeabilitycoefficientdirectly,mostresearchwork basedmainlyontheory.Thispa— perstudyonthemethodforunsaturatedsoilpermeabilitytest.Theresultsshowthattheunsatur atedsoilpermeabilitytest basedonGDSsystemisefficientformeasuringpermeabilitycoefficientwhichprovideagoo dresearchapproach. [Keywords]unsaturatedsoilpermeabilitytest;GDSsystem 1概述 非饱和土渗透特性一直是非饱和土力学研究中 的难点问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ,其关键问题在于渗透系数量测困难且 变化范围较大,利用试验室手段难以获得,因此,对 于渗透特性的研究以及渗透系数的确定,多基于理 论方法和间接试验法[1].但是HillelE5]指出,土的 渗透系数最好能直接测量得出,这是因为理论论断 并未得到证实.因此完善试验设备,采用室内试验 方法测定非饱和土渗透系数研究渗透特性,是今后 的一个研究方向. 2非饱和土渗透系数的测量方法 目前试验室测量非饱和土渗透系数的方法,主 要有稳态试验方法和非稳态试验方法_6],前者以 kluteE]采用的研究设备为代表(见图1),在含水量 与吸力一定的条件下,测定非饱和土的渗透系数,适 用于压实土与原状土,国内李永乐l_7j也采用类似设 备研究非饱和土渗透系数.该方法的优点是可以在 不同吸力与含水量下重复进行,缺点是由于非饱和 土低渗透I生,试验过于耗时;后者以Hamilton[6]采 用的试验设备为代表(见图2),使用圆柱试样,在一 段施加连续水流,水流进入试样,是一个浸湿过程, 水流流出试样,是一个干燥过程.该方法的优点是, 可以在一个试样中得到不同含水量与吸力值的渗透 系数. 图1Klute采用的研究设备 作者简介:陈昌富,1965年生,男,湖北钟祥人,博士研究生,主要从事岩土工程专业 和管理科学与工程专业方面的研究. E-mail:aigeccf@163.corn 256岩土工程技术2009年第5期 热电偶湿度计(或张力计) 图2Hamilton采用的研究设备 无论是稳态流法还是非稳态流法,基于Dacy 定律,表述为渗透系数,是流速与水力梯度的比值, 但是由于非饱和土中吸力的存在,使得渗透系数不是 一 个常数,孔隙中空气的连通性,很大程度上决定了 非饱和土的渗透性,如果简单沿用饱和土通水方法量 测非饱和土的渗透性,将改变土的结构与饱和度,使 渗透性发生变化,因此测量非饱和土的渗透系数需要 分别控制土中的孔隙水压力和孔隙气压力,建立单独 的水气循环,这也是试验测量方法的一个难点. 3.GDS渗透试验设备以及试验方法 3.1GDS渗透试验设备 GDS应力三轴系统,是由英国GDS公司与香 港科技大学联合研制开发,该系统基于GDSLAB平 台,采用模块化设计,可以完成饱和土与非饱和土的 各种高级应力路径试验.为了测量非饱和土的渗透 系数,在试验过程中必须满足以下几个条件:?除围 压外,试样顶部气压,水压以及底部水压要能够实现 分别控制以形成稳定渗流状态;?传感器要对体变, 排水进行精确地量测. 因此采用GDSLAB平台下的渗透以及气压加 载模块,试验试样顶部气压",底部的水压"以及 水力梯度可以得到单独控制,体变值与排水值单独 测量,并精确到一个立方毫米. 3.2试验方法 非饱和土与饱和土的根本区别,在于孔隙中存 在着气体以及气,水与土骨架三相之间的复杂的界 面现象,由于气相状态的不同,可以分为三种形 态l_8].可见气相的存在是导致非饱和土渗透特性复 杂的主要原因,因此试验基于稳态试验方法,分别控 制围压和基质吸力,测定非饱和土的渗透系数. 试样安装后,通过GDSLAB平台,选用渗透模 块,设定顶部气压值".,底部水压,根据轴平移原 理,其顶部气压与底部水压之差即为所需控制的基质 吸力.(注:>‰,底部水压一般设定不低于10kPa), 然后再设定一定的围压值,开始试验,土体内气水的 交换.这一阶段称之为吸力平衡阶段,让试样在控 制吸力以及围压下.体变与排水达到稳定,为下一阶 段的渗透试验做好准备. 吸力平衡阶段后,开始进行渗透试验,设定顶部 水压,使得顶部水压大于底部水压,以利于形成一个 固定的常水头,满足渗透条件,值得注意的是,顶部 水压设定值不能超过气压设定值,否则可能引起孔 隙水回流至气压管路,烧坏设备.维持压力室内的 围压以及孔隙气压不变,保持这个吸力下在一定水 头差内形成稳定的水流后,得到试样在所设定围压 和吸力下的渗透系数. 综上所述,鉴于非饱和土内部状态的复杂性, GDS系统的非饱和土渗透试验主要分为两个阶段: 吸力平衡阶段与渗透试验阶段,前者使试样在设定 吸力与围压进行气水交换达到平衡稳定;后者使稳 定后试样在设定水头差下进行渗透试验,这样简化 状态分析,过程一目了然. 4渗透试验 4.1试样制备 试验试样选用南阳膨胀土,制备过程中控制干 密度为1.48g/cm.,初始含水量控制为15.3(饱 和度509/6),试样分五层击实,试样直径3.91cm,高 度为8cm. 4.2结果分析 试样在设定吸力50kPa,控制净围压分别为 100kPa,200kPa,300kPa下进行渗透试样,得到的 体变曲线以及渗透系数与围压之间的关系曲线(见 图3,图4). 望 时间,h l00150200 图3不同围压下的渗透变形 不同围压下的渗透变形关系曲线见图3.由关 系曲线中可以看出:随净围压增大,试样的体积变化 也逐渐增大,这是由于增大了围压,外力作用下,使 得土样在渗透过程中体积收缩所致. 0??????? 2468O24 _-.; 陈昌富等:基于GDS系统的非饱和土渗透试验方法研究257 白 言 0 嘉 鲣 图4渗透系数与净围压关系曲线 表1的数据统计揭示,试样的体变随围压的增 加而增大,这种体积的变化是外加应力作用的结果, 可以分成两部分:第一部分为未加水头差时,也就是 吸力平衡阶段产生的变形;第二部分为加上水头差 后,也就是吸力渗透阶段产生的变形.而在每一级 围压下,渗透下试样的变形量要大于吸力平衡阶段 试样的变形量,这是由于一方面在渗透阶段水力梯 度会对试样产生压力引起体积变形;另一方面,在渗 透试验中,土样内部气水交换引起内部吸力变化,而 使得在外部围压作用下产生体变. 表1不同净围压下吸力平衡阶段以及渗透阶段体变值 净围压吸力平衡下渗透阶段体变总体变 /kPa体变/era./era./cm. 100O.50.30.8 200O.60.61.2 300O.31.21.5 在吸力一定,相同的初始含水量的条件下,非饱 和土的渗透系数随着净围压的增加而增大(见图 4),且这种变化关系是连续的,这一结论与前人I8]的 研究相吻合.同时,这也论证非饱和土的渗透系数 并不是一个常量,是有别于饱和土的一个重要特征. 在同一个吸力下,不同围压和渗透系数之间关 系是非线性变化的,得到拟合函数为 尼=alnz--b(1) 从试验结果来看,利用GDS系统进行非饱和土 渗透试验,得到良好的分析结果. 5结论 1)GDS非饱和土渗透试验主要分为吸力平衡 阶段与渗透阶段,细化阶段后,状态简化,过程一目 了然. 2)GDS试验结果表明:相同的吸力条件下,非 饱和土的渗透系数随着净围压的增加而增大,且含 水量也随渗透系数增加而变化,三者之间的变化关 系是连续的,这是有别于饱和土的一个重要特征. 渗透系数与围压变化关系可以通过函数来拟合. 3)从GDS渗透试验的结果分析,采用该方法测 量非饱和土的渗透系数是可行的,这为利用试验设 备直接研究非饱和土的渗透特性,提供了一个很好 的试验思路. 参考文献 [1]Fredlund,13.G.,Xing,A.,andHuang,s.Y.1994, Predictingpermeabilityfunctionforunsaturatedsoils usingthesoil-watercharacteristiccurve.I-J]Canadian GeotechnicalJournal,31(4):533-546. [2]徐永福,叶翠明,赵书权,等.压应力对非饱和土渗透 系数的影响[J].上海交通大学,2004,38(6): 982—986. [3]孙大松,刘鹏,等.非饱和土的渗透系数_J].水利 ,2004(3):71—75. [4]E.CLeong,HRahardjo.PermeabilityFunctions forUnsaturatedS.i1s[J].JournalofGeotechnicaland GeoenvironmentalEngineering,1998,12. [5]Hillel,D.,Fundamentalsofsoilphysics,Academic press[M].1980NewYork. [6]Fredlund13.G.,RahardjoH.着,UnsaturatedSoil Mechanics,陈仲颐,张在明等译.非饱和土土力学 [M3.北京:中国建筑工业出版社,1997. [7]李永乐,刘翠然,刘海宁,等.非饱和土的渗透特性试 验研究I-J].岩石力学和工程,2004.23(22): 3862—3865. [8]俞培基,陈愈炯.非饱和土的水,气形态及其力学性 质的关系EJ].水利,1965(1):1-8. 收稿Et期:2009—07—21