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《土水特征曲线及其在非饱和土力学中应用的基本问题研究》读书报告冯冬冬2011.11.7 阅读文献：张雪东. 土水特征曲线及其在非饱和土力学中应用的基本问题研究[D]. 北京: 北京交通大学, 2010.一．文献内容1. 文献在分析了SWCC应用的基本步骤、SWCC形状特点的基础上，结合现有SWCC模型的函数形式的特点，分析了拟合SWCC试验散点时可能出现的问题，而后在统计了21种土的SWCC拟合结果的基础上，首次提出了一种使用不完整SWCC(测量未到达残余状态)的试验点，拟合得到能够正确地反映土中孔隙结构特点和持水能力的函数的计算方法，使用这种方法，可以解决在试验条件有限，无法测得完整SWCC时，难以根据试验结果准确地确定一些非饱和上力学模型中的相关参数的取值问题。
2.以概率论为基础，利用SWCC和孔隙(水)分布函数之间的关系，提出了平均孔隙半径的概念，而后以此为基础得到了一个能够模拟变形对SWCC影响规律的计算模型;由于该模型考虑了土中的初始孔隙结构对SWCC随变形的变化规律的影响，所以它能够给出比较理想的计算结果;该模型可为建立分析非饱和土的水力、力学特性相互影响的计算模型奠定基础。
3.以概率论为基础，提出了一个能够考虑土中孔隙结构影响的饱和土渗透系数计算模型，而后结合本篇文章提出的模拟SWCC随变形的变化规律的计算模型，以及Mualem相对渗透系数模型，建立了一个能够模拟变形对非饱和土渗透系数影响的计算模型，该模型不仅能够考虑孔隙大小的变化对渗透系数的影响，更能够考虑孔隙结构变化的影响，这使得预测结果能够更加接近于实际情况。
4. 以传统域模型的基本原理为出发点，提出了一个能够方便地模拟多次浸润(吸湿)、干燥(脱湿)过程，以及在含水量(吸力)变化历史未知的情况下模拟含水量随吸力变化规律的SWCC 滞后模型;而后以该模型为基础，得到了一个利用边界干燥曲线以及一条一阶浸润扫描线预测边界浸润曲线的计算方法，使用该方法，可以减少SWCC滞后模型计算时所需实测的数据，从而使现有的一些SWCC滞后模型能够方便地应用于实际工程中。
土工试验粗颗粒土三轴压缩试验67．1 一般规定67．1．1 土样应为最大粒径不大于60mm的粗颗粒土。
67．1．2 根据粗颗粒土的性质、工程情况和不同的排水条件，本试验分为不固结不排水剪(UU)、固结不排水剪(CU)、固结排水剪(CD)等三种试验类型。
67．2 仪器设备67．2．1 本试验所用的主要仪器设备应符合下列规定：1 大型三轴仪(图67．2．1)：包括压力室、轴向加压系统、周围压力系统、反压力系统、体变量测系统和孔隙水压力量测系统等部分：图67．2．1 大型三轴仪示意图1-轴向荷载传感器；2-试样；3-轴向位移计；4-压力室罩；5-顶帽；6-上透水板；7-下透水板；8-橡皮膜；9-量水管；10-体变管；11-压力库；12-压力表；13-孔隙压力阀；14-进水管阀；15-排水阀；16-量水管阀；17-周围压力阀；18-反压力阀；19-通气阀；20-排气阀；21-排气(水)阀1)压力室：为钢筒，尺寸按试样大小选用，钢筒上宜镶有有机玻璃窗口；2)轴向加压系统：包括加压框架、加压设备和轴向压力量测设备(轴向荷载传感器、压力机)等；3)周围压力系统：包括空气压缩机、压力库和恒压装置；4)变形量测系统：包括大量程百分表(或位移传感器)和体变管(或体变测量装置)。
2 附属设备：包括对开成型筒、承膜筒、击实锤或振捣器、橡皮膜、真空泵、磅秤、天平、钢尺、秒表、瓷盘、烘箱等。
67．2．2 三轴仪使用前应按下列规定进行检查：1 轴向压力系统、周围压力系统运行正常。
根据工程要求确定周围压力σ3的最大值，按σ1＞5σ3估算轴向额定压力。
轴向荷载传感器的最大允许误差宜为±1％F．S。
2 压力室应密封不泄漏。
传压活塞应在轴套内滑动正常，孔隙压力量测设备的管道内应无气泡，各管道、阀门、接头等应通畅不泄漏。
检查完毕后，关闭周围压力阀、排水阀、孔隙压力阀等；以备使用。
3 橡皮膜应不漏水。
4 孔隙压力量测系统可按本标准第19．2．2条第2款的规定进行检查。
三轴试验一、基本原理三轴压缩实验是根据摩尔-库伦强度理论，用3～4个试样，分别在不同的恒定周围压力（即小主应力σ3）下施加轴向压力（即主应力差），进行剪切直至破坏，从而确定土的抗剪强度参数。
根据排水条件的不同，三轴试验分为以下三种试验类型：即不固结不排水试验（UU），固结不排水试验（CU），和固结排水试验（CD），试验方法的选择应根据工程情况，土的性质，建筑物施工和运行条件及所采用的分析方法而定。
（1）不固结不排水剪试验（UU）:是在整个实验过程中,从加周围压力和增加轴向压力直到剪坏为止,均不允许试样排水对保和试样可测得总抗剪强度参数CU、ФU或有效抗剪强度参数C′、Ф′和孔隙水压力参数。
（2）固结不排水剪试验（CU）:试验是先使试样在某一周围压力下固结排水，然后保持在不排水的情况下，增加轴向压力直到剪坏为止，可以测得总抗剪强度指标CCu、ФCu或有效抗剪强度参数C′、Ф′和孔隙水压力参数。
（3）固结排水剪试验（CD）:是在整个试验过程中允许试样充分排水，即在某一周围压力下排水固结，然后在充分排水的情况下增加轴向压力直到剪坏为止，可以测定有效抗剪强度指标2Cd、Фd。
二、固结不排水试验（一）仪器设备1、应变控制式三轴压缩仪由周围压力系统，反压力系统，孔隙水压力量测系统和主机组成。
2、附属设备包括击实器、饱和器、切土器、分样器、切土盘、承膜筒和对开圆筒，：3、百分表量程3cm或1cm，分度值〉0.01mm。
4、天平程量200g，感量0.01g；程量1000g，感量0. 1g。
5、橡皮膜应具有弹性，厚度应小于橡皮膜直径的1/100，不得有漏气空。
（二）操作步骤1、仪器检查⑴周围压力的测量精度为全量程的1%，测读分值为5kPa。
⑵孔隙水压力系统内的气泡应完全排除。
系统内的气泡可用纯水或施加压力使气泡溶于水，并从试样底座溢出，测量系统的体积因数应小于1.5×10-5cm3/ kPa。
⑶管路应畅通，活塞应能滑动，各连接处应无漏气。
土工试验操作工技能竞赛理论考试参考试题一、选择题1. 颗粒分析试验中筛析法适用粒径大于 mm的土。
A、0.10B、0.05C、0.075；2. 在制备扰动土样时，对有机质含量超过5%的土、含石膏和硫酸盐的土应在（）℃的温度下烘干。
A、50～65B、65～70C、105～1103. 对渗透系数小于等于（）cm/s的细粒土，宜采用抽气饱和法饱和试样。
A、10-4B、10-5C、10-64. 在进行土的击实试验时，采用内径152mm的击实筒，试样粒径不大于（）。
A、5mmB、20mm C 、50mm5．土的密度试验需进行2次平行测定其平行差值，不得大于 g/cm3。
A、0.01B、0.02C、0.036. 土粒相对密度（比重）是在（）℃下烘至恒值时的质量与土粒同体积4℃纯水质量的比值。
A、100～105B、105～110C、110～1157．进行土粒相对密度（比重）试验时，粒径小于（）mm的土用比重瓶法进行。
A、0.5B、2C、58．采用100ml比重瓶法测定土粒相对密度（比重）时，烘干土试样的质量为（）g。
A、15B、20C、309．用浮称法做做土粒相对密度（比重）试验时，应将试样浸在水中（）h。
A、8B、12C、2410．土中水的体积与（）之比称为土的饱和度。
A、总体积B、孔隙体积C、土颗粒体积11．土粒相对密度（比重）的大小主要决定于土粒的（）。
A、大小B、形状C、矿物成分12. 对粘性土性质影响最大的水是（）A、强结合水B、弱结合水C、毛细水13. 在确定粘性土的状态时，除了需要液限，还需要土的（）。
A、密度和含水率B、孔隙比和饱和度C、含水率和塑限14．土颗粒由细变粗。
土就由（），而透水性由小变大。
A、无粘性变为有粘性 B有粘性变为无粘性 C、粘性变化无规律=1时，表明该状态的土正好处于由（）的分界。
15．当粘性土的液性指数ILA、半固态转变为固态B、可塑状态转变为半固态C、流动状态转变为可塑状态16．土中含（）愈多，土粒的比表面也愈大。
土壤含水量、土水势和土壤水特征曲线的测定3.1测定意义严格地讲，土壤含水量应称为土壤含水率，因其所指的是相对于土壤一定质量或容积中的水量分数或百分比，而不是土壤所含的绝无仅绝对水量。
土壤含水量的多少，直接影响土壤的固、液、气三相比，以及土壤的适耕性和作物的生长发育。
在农业生产中，需要经常了解田间土壤含水量，以便适时灌溉或排水，保证作物生长对水分需要，并利用耕作予以调控，达到高产丰收的目的。
近几十年来的研究表明，要了解土壤水运动及土壤对植物的供水能力，只有土壤水数量的观念是不够的。
举一个直观的例子：如果粘土的土壤含水量为20%，砂土的土壤含水量为15%，两土样相接触，土壤水应怎样移动？如单从土壤水数量的观念，似乎土壤水应从粘土土样流向砂土土样，但事实恰恰相反。
这说明，光有土壤水数量的观念，尚不能很好研究土壤水运动及对植物的供水，必须建立土壤水的能量的观念，即土水势的概念。
测定土壤水特征曲线（基质势与土壤含水量之间的关系曲线）需要特别的仪器设备，随着土壤科学的发展，越来越多的基层土壤工作者需要土壤水特征曲线这一基础资料，了解土壤水特征曲线的测定，对今后土壤水特征曲线（不管是自己测定还是由别的单位测定）的应用是有益的。
3.2方法选择的依据土壤含水量目前常用的方法有：烘干法、中子法、射线法和TDR法（又称时域反射仪法）。
后三种方法需要特别的仪器，有的还需要一定的防护条件。
土水势包括许多分势，与土壤水运动最密切相关的是基质势和重力势。
重力势一般不用测定，只与被测定点的相对位置有关。
测定基质势最常用的方法是张力计法（又称负压计法），可以在田间现场测定。
土壤水特征曲线是田间土壤水管理和研究最基本的资料。
通过土壤水特征曲线可获得很多土壤基质和土壤水的数据，如土壤孔隙分布及对作物的供水能力等等。
测定土壤水特征曲线最基本的方法是压力膜（板）法，它可以完整地测定一条土壤水特征曲线。
3.3土壤含水量的测定（烘干法）烘干法又称质量法，具体操作是：用土钻采取土样，用感量0.1g的天秤称得土样的质量，记录土样的湿质量m t，在105℃烘箱内将土样烘6h～8h至恒重，然后测定烘干土样，记录土样的干质量m s，根据θm＝m w/m s×100%计算土样含水量，式中：m w=m t－m s；θm表示土样的质量含水率，习惯上又称为质量含水量。
土力学三轴试验土力学三轴试验三轴试验中土的剪切性状分析摘要：按剪切前的固结状态和剪切时的排水条件分为三种：不固结不排水剪，固结不排水剪，固结排水抗剪。
文中将讨论正常固结饱和黏性土在剪切时将具有不同的强度特性。
关键词：不固结不排水抗剪强度，固结不排水抗剪强度，固结排水抗剪强度作者简介：Triaxial shear Characters of Middle-earthLI Jia-chun（shanghai University，department of civil engineering，08124240）Abstract: Consolidation by the state before shear and shear when the drainage is divided into three types: non-consolidated undrained shear, consolidation undrained shear, consolidated drained shear. This article will discuss the normally consolidated saturated clay in the shear strength will have different characteristics.Key words: non-consolidated undrained shear, consolidation undrained shear, consolidated drained shear.0 引言广义黏性土包括粉土，黏性土。
黏性土的抗剪强度远比无粘性土复杂。
要准确掌握原状土的强度特性，也就非常困难。
对土的强度研究，大多数用均匀的重塑土。
原状土和重塑土之间在结构上和应力历史存在重大差异，且原状土的取样扰动对其实际强度也有较大影响。
按剪切前的固结状态和剪切时的排水条件分为三种：不固结不排水剪，固结不排水剪，固结排水抗剪。
实验四 三轴压缩实验（实验性质：综合性实验）一、概述1910年摩尔（Mohr ）提出材料的破坏是剪切破坏，并指出在破坏面上的剪应力τ是为该面上法向应力σ的函数，即()f f τσ=这个函数在f τσ-坐标中是一条曲线，称为摩尔包线，如图4-1实线所示。
摩尔包线表示材料受到不同应力作用达到极限状态时，滑动面上法向应力σ与剪应力f τ的关系。
土的摩尔包线通常可以近似地用直线表示，如图4-1虚线所示，该直线方程就是库仑定律所表示的方程（c tg τσϕ=+）。
由库仑公式表示摩尔包线的土体强度理论可称为摩尔－库仑强度理论。
图4-1 摩尔包线当土体中任意一点在某一平面上的剪应力达到土的抗剪强度时，就发生剪切破坏，该点也即处于极限平衡状态。
根据材料力学，设某一土体单元上作用着的大、小主应力分别为1σ和3σ，则在土体内与大主应力1σ作用面成任意角α的平面a a -上的正应力σ和剪应力τ，可用τσ-坐标系中直径为13()σσ-的摩尔应力圆上的一点（逆时针旋转2α,如图4-2中之A 点）的坐标大小来表示，即13131311()()cos 2221()sin 22σσσσσατσσα=++-=-将抗剪强度包线与摩尔应力画在同一张坐标纸上，如图4-3所示。
它们之间的关系可以有三种情况：①整个摩尔应力圆位于抗剪强度包线的下方（圆Ⅰ），说明通过该点的任意平面上的剪应力都小于土的抗剪强度，因此不会发生剪切破坏；②摩尔压力圆与抗剪强度包线相割（圆Ⅲ），表明该点某些平面上的剪应力已超过了土的抗剪强度，事实上该应力圆所代表的应力状态是不存在的；③摩尔应力圆与抗剪强度包线相切（圆Ⅱ），切点为A 点，说明在A 点所代表的平面上，剪应力正好等于土的抗剪强度，即该点处于极限平衡状态，圆Ⅱ称为极限应力圆。
图4-2 用摩尔圆表示的土体中任意点的应力 图4-3 摩尔圆与抗剪强度包线之间的关系三轴压缩实验（亦称三轴剪切实验）是以摩尔－库仑强度理论为依据而设计的三轴向加压的剪力试验，试样在某一固定周围压力3σ下，逐渐增大轴向压力1σ，直至试样破坏，据此可作出一个极限应力圆。
实验六：三轴试验一、基本原理三轴剪切试验是用来测定试件在某一固定周围压力下的抗剪强度，然后根据三个以上试件，在不同周围压力下测得的抗剪强度，利用莫尔-库仑破坏准则确定土的抗剪强度参数。
三轴剪切试验可分为不固结不排水试验（UU ）、固结不排水试验（CU ）以及固结排水剪试验（CD ）。
1、不固结不排水试验：试件在周围压力和轴向压力下直至破坏的全过程中均不允许排水，土样从开始加载至试样剪坏，土中的含水率始终保持不变，可测得总抗剪强度指标U C 和U φ；2、固结不排水试验：试样先在周围压力下让土体排水固结，待固结稳定后，再在不排水条件下施加轴向压力直至破坏，可同时测定总抗剪强度指标CU C 和CU φ或有效抗剪强度指标C ′和φ′及孔隙水压力系数；3、固结排水剪试验：试样先在周围压力下排水固结，然后允许在充分排水的条件下增加轴向压力直至破坏，可测得总抗剪强度指标d C 和d φ。
二、试验目的1、了解三轴剪切试验的基本原理；2、掌握三轴剪切试验的基本操作方法；3、了解三轴剪切试验不同排水条件的控制方法和孔隙压力的测量原理；4、进一步巩固抗剪强度的基本理论。
三、试验设备1、三轴剪力仪（分为应力控制式和应变控制式两种）。
（1）三轴压力室：压力室是三轴仪的主要组成部分，它是由一个金属上盖、底座以及透明有机玻璃圆筒组成的密闭容器，压力室底座通常有3个小孔分别与围压系统以及体积变形和孔隙水压力量测系统相连。
（2）轴向加荷传动系统：采用电动机带动多级变速的齿轮箱，或者采用可控硅无级调速，根据土样性质及试验方法确定加荷速率，通过传动系统使土样压力室自下而上的移动，使试件承受轴向压力。
（3）轴向压力测量系统：通常的试验中，轴向压力由测力计（测力环或称应变圈等等）来反映土体的轴向荷重，测力计为线性和重复性较好的金属弹性体组成，测力计的受压变形由百分表测读。
轴向压力系统也可由荷重传感器来代替。
（4）周围压力稳压系统：采用调压阀控制，调压阀当控制到某一固定压力后，它将压力室的压力进行自动补偿而达到周围压力的稳定。
土的最大干密度和最佳含水量试验要点（击实试验GB/T 50123-1999）一、分类和试验范围：本试验分为轻型击实和重型击实。
轻型击实试验适用于粒径小于5mm的粘性土。
重型击实试验适用于粒径不大于20mm的土。
采用三层击实时，最大粒径不大于40mm。
二、击实功率：轻型击实试验的单位体积击实功应为592.2KJ/m3，重型击实试验的单位体积击实功应为2684.9KJ/m3。
三、设备要求：1.击实仪的击锤应配导筒，击锤与导筒间应有足够的间隙使锤能自由下落；电动操作的击锤必须有控制落距的跟踪装置和锤击点按一定角度（轻型53.5°，重型45°）均匀分布的装置（重型击实仪中心点每圈要加一击）。
2 .天平：称量200g,最小分度值0.01g。
3.台秤:称量10g,最小分度值5g。
4.标准筛：孔径为20mm、40mm和5mm。
5.试样推出器：宜用螺旋式千斤顶或液压式千斤顶，如无此类装置，亦可用刮刀和修土刀从击实筒中取出试样。
四、试样制备方法：试样制备分为干法和湿法两种。
1 干法制备试样应按下列步骤进行，用四分法取代表性土样20g(重型为50kg),风干碾碎,过5mm(重型过20mm或40mm)筛,将筛下土样拌匀,并测定土样的风干含水率。
根据土的塑限预估最优含水率,并按本标准第3.1.6条4、5款的步骤制备5个不同含水率的一组试样，相邻2个含水率的差值宜为2%。
注：轻型击实中5个含水率中应有2个大于塑限，2个小于塑限，1个接近塑限。
2 湿法制备试样应按下列步骤进行，取天然含水率的代表性土样20kg(重型为50kg)碾碎,过5mm筛(重型过20mm或40mm),将筛下土样拌匀,并测定土样的天然含水率。
根据土样的塑限预估最优含水率，按本条1款注的原则选择至少5个含水率的土样，分别将天然含水率的土样风干或加水进行制备，应使制备好的土样水分均匀分布。
五、试验步骤：击实试验应按下列步骤进行：1 将击实仪平稳置于刚性基础上，击实筒与底座联接好，安装好护筒，在击实筒内壁均匀涂一薄层润滑油。
第29卷 第6期2007年6月武 汉 理 工 大 学 学 报JOURNAL OF WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Vol.29 No.6 Jun.2007三轴击实试样的土 水特征曲线分布李顺群1,高凌霞2,任庆新3(1.天津城市建设学院土木工程系,天津300384; 2.大连民族学院土木工程系,大连116600;3.沈阳建筑大学土木工程学院,沈阳110168)摘 要: 测量了某重塑粉质粘土三轴击实试样在脱水条件下的土 水特征曲线,并对其特点进行了分析比较。
三轴击实试样下部的土 水特征曲线(SWCC)和上部的SWCC 都具有一般SWCC 的典型特点,但前者较后者明显右移;结合层的SWCC 有一定幅度下移;受三轴击实试样制作过程影响,较密实的下部区段具有较高的进气值和较高的残余含水量,而且,沿试样高度不同,持有不同残余含水量的各区段对应的基质吸力基本相同。
关键词: 非饱和土; T empe 仪; 轴平移技术; 三轴击实试样中图分类号: T U 432文献标志码: A 文章编号:1671 4431(2007)06 0089 04Distribution of Soil water Characteristic Cu rves of ImpactedSilty Clay Triaxial SamplesL I Shun qun 1,GA O L ing x ia 2,REN Qing x in 3(1.Depar tment of Civ il Engineering,T ianjin Institute of U rban Construction,T ianjin 300384,China;2.Department of Civil Engineering,Dalian Nationalities U niver sity ,Dalian 116600,China;3.Schoo l of Civ il Eng ineering,Shenyang Jianzhu U niversity,Shenyang 110168,China)Abstract: T he impacted triax ial samples made from silt y clay were cut into five different sections along leng th.With ax ial translation technology applied,T empe apparatus was employ ed to measure water content of the sections in different matr ic suc tion lev els in dewater ing condit ion.T herefore,soil water character i stic cur ves (SWCC)of different sections could be obtained.T he primary conclusions drawn from the test results w er e list as follow s.F irstly ,SWCCs of all sections,including from upsides and downsides of tr iaxial samples,distinctly had t he g ener al traits.Determined by layer impacting ,t he SWCCs of dow nsides were dextro positio n relative to the SWCCs o f upsides.Secondly,the SWCCs of binder courses move downwards in some sort and this probably comes from layer impacting and scraping effect.T hirdly,comparing with upside sections,downside sections had higher air entr y v alues,higher residual water contents and almost same matric suction co rresponding to t heir different resid ual water content.Key words: unsaturated soil; T empe apparatus; axial translatio n technology; impacted triax ial sample收稿日期:2007 03 14.基金项目:辽宁省教育厅科学研究计划(2004F105).作者简介:李顺群(1971 ),男,博士,副教授.E mail:lishunqun@目前,非饱和土的三轴试验和饱和土的三轴试验一样越来越受到广泛关注,并逐渐成为研究非饱和土必不可少的试验项目之一[1,2]。
在非饱和土三轴试验中,试样的基质吸力一般通过轴平移技术得到;试样各区段的含水量由基质吸力作用后试样的排水量确定,即含水量沿试样高度的分布被认为是一个平均值,不同区段的含水量被认为是不变的。
实际上,由于三轴试样制样过程的特殊性和试验仪器的固有特点,在相同基质吸力作用下,试样各区段的含水量是不同的。
因此,非饱和土三轴试样各区段的土 水特征曲线存在差别。
这种差别的大小不仅决定于土质、制样手段以及试样的平均密实度等多种与试样有关的因素,也来源于各区段高度差引起的水头差和加气压管口到各区段的距离不同等试验系统本身的因素。
重力水的影响可以通过修正孔隙水压力消除。
由于三轴试样高度不大(文中试验只有80mm),不考虑重力水对土 水特征曲线的影响误差不会太大。
另外,在测量土 水特征曲线时,文中每一级气压力的稳定时间为3d,由于试验装置的密闭性相当好,通过试样和试验装置外渗的气体几乎为0。
所以,在三轴试验中不考虑试样各区段到加气压力口的距离也不会产生较大的系统误差。
土 水特征曲线是国内外非饱和土研究的热点,有理论解答[3 5],也有侧重于试验的[6,7]。
作者主要通过T empe 仪测量非饱和土三轴试样各区段在不同基质吸力作用下的含水量,并进一步研究制样过程对三轴试样各区段土 水特征曲线的影响。
1 土水特征曲线的典型形式非饱和土的土 水特征曲线在非饱和土理论中具有重要作用。
土的矿物成分、颗粒形状和级配、密实度以及不同的干湿路径甚至不同的干湿循环次数等是影响土 水特征曲线的重要因素。
基于大量试验资料和理论研究,Fredlund 指出,所有非饱和土完整的土 水特征曲线在半对数坐标系里具有图1所示的形状。
在较低基质吸力作用下,含水量随基质吸力的增大而缓慢减小,当基质吸力增大到一定值时,空气开始进入土体中,这一阶段称为边界效应区;此后,随基质吸力增大,含水量变化较大,这一阶段称为转换区;当含水量很低时,孔隙水进入不连续状态,基质吸力沿着土 水特征曲线逐渐趋近于106kPa,这一阶段称为非饱和残余区。
试验表明,在半对数坐标系里,基质吸力与含水量在第2阶段基本是线性关系,在第3段则线性趋近于106kPa 。
图1中A 点对应的基质吸力为进气值,即空气开始进入土体中最小的基质吸力值;B 点对应的含水量为残余含水量,即当土体含水量低于该值后,基质吸力随含水量的微小变化而迅速增大。
文中测量了重塑三轴试样各区段在脱湿过程中的土 水特征曲线,即在试验的所有阶段,试样都处于 非吸湿 过程,因此不涉及 滞回 现象。
2 土样制备试验用土采用黄河三角洲粉质粘土,原状土的实验室物理指标:天然密度2.01g /cm 3,天然干密度1.59g /cm 3,液限30.7%,塑限16.4%,塑性指数14.3,液性指数0.73,渗透系数4.730!10-6cm/s(变水头试验),土粒比重2.65,固结不排水强度参数c cq =0.05kPa, cq =34.1∀。
首先碾碎试验用土,然后在烘箱中烘干24h 。
重塑土样干密度控制在1.6g /cm 3以保持与原状土干密度基本一致。
以击实的方法首先制成大小为D39.1!H80的三轴试样,其体积为96057.96m m 3。
配制土样的含水量为15%,所以单个三轴试样的干土重为153693mg ,湿土重为176747mg 。
用击实器分3层击实,每层需要土58916mg,击实前每层土之间先刮毛。
经多次试击,每层土的击实次数最终确定为13次。
制备好的击实三轴试样放入真空锅内抽真空5h 后,注无气水并继续抽气3h,然后打开真空锅盖,静置24h 后开始使用。
这样,能保证制备好的试样充分饱和。
测量土 水特征曲线涉及到水/气平衡的时间问题。
平衡时间取决于渗透系数、试样高度和压力梯度等条件。
已有的研究表明,平衡时间正比于试样高度的三次方。
所以,为了尽量缩短试验时间,最有效的方法是合理减小试样高度。
试验将D39.1!H 80三轴试样平均分成5段,再用小刀精心削切成厚度基本相等的小试样,称为S 试样。
按照击实时三轴试样直立时的状态,将制备好的S 试样从下至上依次编号为1、2、3、4、5。
S 试样制作过程和编号如图2所示。
90 武 汉 理 工 大 学 学 报 2007年6月3 Tempe 仪工作原理简介基质吸力的测量方法很多,如表1所示。
其中压力板仪方法由于操作简单而成为实验室常用的方法之一。
T empe 仪是压力板仪的一种,文中土 水特征曲线的测量主要在Tem pe 仪内进行。
其构造与工作原理如图3所示。
表1 非饱和土吸力的常用测量方法测量方法温度计法滤纸法张力计法压力板仪传感器法挤液法量测的吸力总吸力总吸力基质吸力基质吸力基质吸力基质吸力渗透吸力范围/kPa 100#8000全范围0#900#15000#1500全范围土样与只透水不透气的高进气值陶土板密切接触,排水管与大气联通,因此孔隙水压力与大气压力相等。
对土样施加一定的气压力,迫使土样水分渗出以达到平衡,土样的基质势与所施加的压力值相等。
稳定后可以通过称重法测量土样中的含水量,从而得到土 水特征曲线。
显然,在施加气压时采用了轴平移技术,即孔隙气压力和负的孔隙水压力都提高相同的幅度,且负的孔隙水压力提高到一个大气压水平。
这样在测量中不会出现气蚀现象,而基质吸力的物理定义保持不变。
4 试 验4.1 步 骤土 水特征曲线的测量是一个很费时的工作,试验步骤简述如下:1)将土样和高进气值陶土板进行充分饱和,再将S 试样置于高进气值陶土板上并充分接触,如图4所示。
