非饱和土的土水特征曲线研究_刘艳华
非饱和土水特征曲线模型参数反演辨识研究
非饱和土水特征曲线模型参数反演辨识研究随着城市化进程的加快，土地利用和建设活动频繁进行，土壤水分特征曲线的研究与应用已受到广泛关注。
非饱和土水特征曲线是描述土壤水分状态的重要工具，它包括入渗、渗透性、蒸发等诸多过程，对于地下水资源管理、土地利用规划以及水文模型等方面都具有重要的意义。
本文旨在研究非饱和土水特征曲线模型参数反演辨识方法，并探究其应用。
1、非饱和土水分特性与特征曲线土壤由颗粒、孔隙和土壤水三部分构成，其水分状态由干燥到饱和分别分为三部分，分别为毛细吸附水、重力排水水和流失水。
非饱和土指含有干燥状态和毛细吸附水的土壤。
非饱和土水分特性曲线（Water Retention Curve, WRC）是描述非饱和土体含水量与土壤水势之间关系的重要工具。
WRC曲线反映了非饱和土结构、类型、饱和度等因素的相互作用对水分含量及其对应水势的影响，也是研究非饱和土水力学性质的基础。
非饱和土水分特征曲线模型是通过实验或模拟建立非饱和土水分含量与水势关系的数学模型，常见的模型有van Genuchten模型、Brooks-Corey模型和Kosugi模型等。
其中van Genuchten模型是较为常用的一种模型，它可以描述土壤水分与土壤饱和度之间的关系，并被广泛应用于土壤水分运移方面的研究。
非饱和土水分特征曲线模型的参数反演是指通过对非饱和土的实测数据进行计算，反演得到最适合该土壤的模型参数。
非饱和土水分特征曲线模型参数反演可以采用多种方法，主要包括试错法、梯度法、最小二乘法、马尔可夫蒙特卡罗模拟等。
试错法是一种传统的方法，通过不断调整模型参数，使模型拟合效果不断提高；梯度法是一种基于函数变化率的优化方法，利用曲线斜率信息寻找最佳模型参数值；最小二乘法是利用误差平方和最小的原则进行拟合，可以求出最小二乘解；马尔可夫蒙特卡罗模拟是利用随机梯度法结合马尔可夫链的方法，能够在全局搜索中找到较好的参数。
这些方法各有优劣，选择适合自己的方法可以更好地实现非饱和土水分特征曲线模型的参数反演辨识。
《2024年非饱和风积沙路基土土-水特征曲线试验研究与模型修正》范文
《非饱和风积沙路基土土-水特征曲线试验研究与模型修正》篇一摘要本文针对非饱和风积沙路基土的土-水特征曲线进行实验研究，通过对不同含水率、干密度的风积沙样本进行试验分析，获取其土-水特征曲线的变化规律。
并基于实验数据，对现有模型进行修正，以更准确地描述非饱和风积沙的土-水特性。
本文的研究成果对于风积沙路基的工程设计、施工和维护具有重要的理论和实践意义。
一、引言非饱和土的土-水特征曲线是描述土体吸力与含水率之间关系的曲线，对于非饱和土的工程性质研究具有重要意义。
风积沙作为一种常见的路基填料，其土-水特征曲线的准确测定对于保障路基的稳定性和耐久性至关重要。
本文通过实验研究，旨在揭示非饱和风积沙路基土的土-水特征曲线变化规律，并对现有模型进行修正，以期为相关工程提供更为准确的理论依据。
二、试验材料与方法1. 试验材料本文选取了不同粒径、不同干密度的风积沙作为试验样本，以保证试验结果的全面性和代表性。
2. 试验方法采用压力板仪法进行土-水特征曲线的测定。
通过控制土样的干密度和含水率，测量不同吸力下的含水率变化，绘制土-水特征曲线。
三、实验结果与分析1. 土-水特征曲线变化规律通过对不同样本的试验分析，发现非饱和风积沙路基土的土-水特征曲线呈现出明显的变化规律。
随着吸力的增大，含水率逐渐降低，且干密度越大，土-水特征曲线的变化趋势越明显。
2. 现有模型修正基于实验数据，对现有非饱和土的土-水特征模型进行修正。
通过引入风积沙的特殊物理性质（如粒径、形状等），对模型参数进行优化，使模型更能准确地描述非饱和风积沙的土-水特性。
四、模型修正与验证1. 模型修正根据实验结果，对原有模型中的参数进行调整，以更好地反映非饱和风积沙的土-水特征。
修正后的模型在描述土体吸力与含水率之间的关系时，具有更高的准确性。
2. 模型验证通过与多组风积沙样本的实验数据进行对比，验证了修正后模型的准确性和可靠性。
结果表明，修正后的模型能够更准确地描述非饱和风积沙的土-水特征。
《非饱和风积沙路基土土-水特征曲线试验研究与模型修正》范文
《非饱和风积沙路基土土-水特征曲线试验研究与模型修正》篇一摘要本文以非饱和风积沙路基土为研究对象，通过土-水特征曲线试验，探讨了其水分迁移与保持特性。
同时，结合现有模型，对试验数据进行模型修正，旨在为非饱和风积沙路基的工程设计与施工提供理论依据。
一、引言非饱和风积沙路基土作为常见的工程地质材料，其土-水特征曲线是反映其水分迁移与保持特性的重要参数。
了解这一特性对于确保路基的稳定性及持久性至关重要。
近年来，虽然针对该领域的研究已取得了一定的成果，但随着工程技术的不断发展，对于其土-水特征曲线的深入研究和模型修正显得尤为迫切。
二、试验方法与材料本文采用室内试验的方法，选取特定地区的非饱和风积沙路基土作为研究对象。
试验中，通过控制变量法，系统地改变土样的含水率、干密度等参数，并利用压力板仪进行土-水特征曲线的测定。
试验材料主要选用当地风积沙路基土样。
三、试验过程与结果分析在试验过程中，我们详细记录了不同含水率及干密度条件下，非饱和风积沙路基土的吸力和体积含水率变化情况。
通过绘制土-水特征曲线，可以清晰地看到水分在土壤中的迁移和保持情况。
此外，我们还发现土样的物理性质如颗粒大小、结构等对土-水特征曲线也有显著影响。
四、模型修正针对非饱和风积沙路基土的土-水特征曲线，我们采用了目前较为流行的Van Genuchten模型进行拟合。
在拟合过程中，我们根据试验数据对模型参数进行了修正，使得模型更加贴近实际土壤的水分迁移与保持特性。
修正后的模型不仅提高了预测精度，还为非饱和风积沙路基的工程设计提供了更为可靠的依据。
五、结论与展望通过本文的试验研究与模型修正，我们得到了以下结论：1. 非饱和风积沙路基土的土-水特征曲线受含水率、干密度、颗粒大小及结构等因素的影响。
2. Van Genuchten模型能够较好地描述非饱和风积沙路基土的水分迁移与保持特性，但需根据实际试验数据进行参数修正。
3. 修正后的模型能够提高预测精度，为非饱和风积沙路基的工程设计与施工提供更为可靠的依据。
非饱和原状土土—水特征曲线及本构模型的研究
非饱和原状土土—水特征曲线及本构模型的研究原状土具有一定的结构性,主要以非饱和状态存在于自然界中。
与饱和土不同,非饱和土是由土粒(固相)、孔隙水(液相)、孔隙气(气相)和液-气交界面四相体系构成的。
这四相体系的变化是影响土结构性的内因,外因(如外力或吸湿)则是通过影响内因起作用的。
因此,原状土的力学性能要比室内重塑土的复杂得多。
若采用室内重塑土的试验结果去解决实际工程问题,则可能会造成安全隐患或不必要的经济浪费。
因此,在建立非饱和土本构模型中考虑土结构性的影响具有重要的理论意义和应用价值。
本文针对非饱和原状土开展了室内试验研究和理论研究工作,并取得了以下研究成果：(1)利用Fredlund SWCC压力仪对北京市平谷新城区不同深度处的原状粉质粘土进行了室内的土水特征曲线(Soil-Water Characteristic Curve, SWCC)试验研究,并考察了土体初始孔隙比对土水特征曲线的影响。
最后采用Brooks&Corey给出的土水特征曲线方程对实验结果进行了拟合和分析。
分析结果表明：孔隙比对这种原状粉质粘土土水特征曲线的进气值sα和孔隙分布指数δ的影响比较大,而对残余含水量θr的影响相对较小；(2)分别给出了Assouline土水特征曲线方程中参数ζ和υ与土体孔隙率n之间的关系式,并利用已有实测数据对所提出的关系式进行了验证,结果表明：该关系式能够较好的反映参数随孔隙率增加或减少的变化规律；将所给出的关系式与Assouline (1998)所给出的土水特征曲线方程相结合,给出了七种不同土(包括原状粉质粘土)的预测结果和实测结果的对比,结果表明：本文所给出的方法对这七种土都能给出比较好的预测结果；(3)在Desai提出的扰动变量的基础上提出了适用于描述非饱和土结构性劣化的耦合扰动状态变量的概念,该扰动变量可表示为吸湿扰动变量和外力扰动变量的函数。
给出了耦合扰动变量的演化方程,方程中定义了新的结构性参数衰减指数α和峰值强度因子β。
非饱和土土—水特性试验研究
１ 非饱 和土 Ｓ Ｃ呈“ ” ， ） ＷＣ Ｓ 形 含水率 同基 质 吸力 之 间的关系 是连续的 ； 高、 在 低含水率下基质吸力 随含水率变化 的幅度很小 ，
１２ 土一 水特性试 验研 究 ．
在中间段 （ 天然含水 率） 变化迅速 ， 由此 可见在天然含水率 下非饱 图 １ 出 了不 同 围压 下 Ｓ Ｃ实测 曲线 ， 图 １中可 以发 现 和土的工程性质受含水率 的影响很大 。 给 ＷＣ 从
因此应力状态对非饱 和土抗剪强度有 重要 影响 ， 在对非饱 和土的 强度和边坡稳定分析中应莺视应 力状态 的研究 。
１ 制作试件 ， ） 土样 采 自洛 阳地 区粉质黏 土 ， 采用 分层压 实法 制作重塑试件。
２ 饱 和 陶 瓷 板 ， 在 安 装 试 件 前 关 闭压 力 室 各 阀 门 ， 给 压 ） 即 并 力 室 充 满 无 气水 ， 后 打 开 排 水 阀 门 ， 加 ３ ０ｋ ａ ４０ ｋ ａ的 然 施 ０ Ｐ ～ ０ Ｐ
随含水量变化 的变化幅度很小 ， 在低含水率下 基质吸力随含水率 水率 试件 的基 质吸力 随围压 的增大而成非 线性 减小 ， 幅度 随体 且
的增大而缓慢减小 ， 中间段 （ 在 天然 含水率 ） 变化迅 速 ， 由此可见 积含水率减缓 ； 同一围压 下基质 吸力随体积含水率的变化成反 向
蛙
基 质 吸 力 （ １ ３／ Ｐ ｄ 一ｄ ）ｋ ａ
图 １ 三 级 围 压 土一 水 特 征 曲线
ｑ加 ． 模拟研究。本文结合 洛阳地 区非饱和 土三轴试 验对不如 加力状 １ ３ 晒围压对基 质吸 力影 响研 究 同受 蛐 ； ｍ
各体积含水率 试件 的 围压一基质 吸力关 系见 图 ２ 从 图 ２中 ，
非饱和黄土的土水特征曲线试验研究
非饱和黄土的土水特征曲线试验研究作者：郑娟赵丽娅刘保健来源：《南水北调与水利科技》2015年第06期摘要：采用压力膜仪对非饱和重塑土在不同干密度下的土水特征曲线进行了研究。
试验结果表明：试样干密度越小，低吸力段曲线斜率变化越大，残余含水率越低，持水能力越差。
随着吸力增加，其含水率随基质吸力增大而减小的幅度越来越小，最后趋于平缓。
采用幂函数对获取的数据进行拟合，拟合效果较理想。
对比VG模型，吻合度较高。
同时，采用微型贯入仪对每级吸力作用下的土样进行贯入试验，获取基质吸力与地基承载力、液性指数及压缩模量的关系。
关键词：非饱和土；压力膜仪；基质吸力；土水特征曲线；数据拟合；幂函数；VG模型；微型贯入仪中图分类号：TU41 文献标志码：A 文章编号：1672-1683（2015）06-1138-05Abstract：Pressure plate extractor is used to study the soil water characteristic curve of unsaturated remolded soil under different dry densities.The results showed that （1） when the sample has smaller dry density，the slope of soil water characteristic curve has higher variation during the low suction segment，the residual water rate is lower，and the moisture holding capacity is worse；（2） with the increase of suction，the decreasing range of moisture content becomes smaller with the increase of matrix suction and tends towards stability；（3） the power function has good results to fit the obtained data obtained；and （4） the soil water characteristic curve results are similar to those tested by VG model. At the same time，penetration tests were carried out for the soil samples under each suction effect using the micro penetrometer，and the relationships between matric suction and bearing capacity of the foundation，liquid index，and compression modulus were obtained.Key words：unsaturated soil；pressure plate extractor；matrix suction；soil water characteristic curve；data fitting；power function；VG model；micro penetrometer土水特征曲线（swcc）是表示非饱和土的吸力与含水率的关系曲线，根据土水特征曲线可以确定非饱和土的许多重要信息，如渗透系数，抗剪强度[1-3]等，在工程应用中有十分重要的意义。
《2024年非饱和风积沙路基土土-水特征曲线试验研究与模型修正》范文
《非饱和风积沙路基土土-水特征曲线试验研究与模型修正》篇一一、引言非饱和风积沙路基的土-水特征曲线是评估路基稳定性和变形特性的重要参数。
它关系到风积沙的物理性质，尤其是含水量和孔隙压力的相互作用，是预测土壤中水分的分布、移动及在土体中产生变形和稳定性的关键。
本文将详细探讨非饱和风积沙路基土土-水特征曲线的试验研究及其模型修正，旨在提高我们对这一特性的理解和预测能力。
二、非饱和风积沙路基土土-水特征曲线试验研究（一）试验方法本研究采用了先进的非饱和土壤土-水特征曲线试验方法，对非饱和风积沙路基土进行了详细研究。
我们选取了多个不同的风积沙样品，对其在不同含水量和压力条件下的物理特性进行了全面测量。
（二）试验结果试验结果显示，非饱和风积沙路基土的土-水特征曲线呈现出明显的非线性特性，含水量与压力之间存在复杂的相互作用关系。
随着压力的增加，含水量逐渐降低；而随着压力的降低，含水量逐渐上升。
这表明非饱和风积沙的土-水特征具有明显的依赖性。
三、模型修正（一）模型选择本研究选用了几种常用的土-水特征曲线模型进行对比分析，包括Fredlund-Xing模型、Van Genuchten模型等。
这些模型在描述非饱和土壤的土-水特征方面具有广泛的应用和良好的预测能力。
（二）模型修正与验证我们针对所选模型进行了修正，以更好地描述非饱和风积沙路基土的土-水特征。
通过对模型参数进行优化调整，我们得到了更符合实际试验结果的模型参数。
同时，我们还对修正后的模型进行了验证，结果表明修正后的模型能够更准确地预测非饱和风积沙路基土的土-水特征。
四、结论本文通过对非饱和风积沙路基土的土-水特征曲线进行试验研究，并对其所采用的模型进行修正，得出以下结论：1. 非饱和风积沙路基土的土-水特征曲线具有明显的非线性特性，含水量与压力之间存在复杂的相互作用关系。
2. 通过对模型的修正，我们得到了更符合实际试验结果的模型参数，提高了模型的预测能力。
《非饱和风积沙路基土土-水特征曲线试验研究与模型修正》范文
《非饱和风积沙路基土土-水特征曲线试验研究与模型修正》篇一摘要本文旨在研究非饱和风积沙路基土的土-水特征曲线，并通过试验分析对其进行验证。
在现有的模型基础上，进行了相应的修正，为路基的稳定性和持久性设计提供有力的依据。
研究内容涵盖试验方法、数据分析和模型修正等方面，旨在为相关工程实践提供参考。
一、引言非饱和风积沙路基作为交通基础设施的重要组成部分，其土-水特征曲线研究对保证工程稳定性具有至关重要的意义。
本文将通过对非饱和风积沙的土-水特征进行深入研究，提出模型的修正方案，以适应不同的地质条件和应用场景。
二、土-水特征曲线的理论基础与重要性土-水特征曲线是描述土壤在吸力作用下含水率变化的特性曲线。
这一曲线对非饱和土壤的工程性质具有重要的影响，特别是对路基的稳定性和耐久性具有决定性作用。
通过分析土-水特征曲线，可以深入了解土壤的持水能力、体积变化和抗剪强度等重要物理特性。
三、试验方法与步骤本文采用了非饱和土壤吸力试验仪，通过控制吸力变化来测量土壤的含水率变化。
试验过程中，我们选取了不同含沙量、颗粒大小和密实度的风积沙样品进行测试。
为了得到准确的结果，我们还根据相关标准，严格进行了试验前后的样品准备与处理工作。
四、试验结果分析根据试验数据，我们绘制了非饱和风积沙的土-水特征曲线。
通过分析这些曲线，我们发现不同条件下的风积沙具有不同的土-水特征。
特别是对于含沙量较高、颗粒较大的样品，其土-水特征曲线表现出明显的非线性特征。
此外，我们还发现密实度对土-水特征也有显著影响。
五、现有模型的修正与验证基于试验结果，我们对现有的土-水特征模型进行了修正。
修正主要针对模型参数的调整和模型的非线性部分进行了优化。
通过将修正后的模型与试验数据进行对比，我们发现修正后的模型能够更好地反映非饱和风积沙的土-水特征。
此外，我们还使用其他文献中的数据对模型进行了验证，结果表明修正后的模型具有较好的适用性和准确性。
六、结论与展望本文通过对非饱和风积沙的土-水特征进行试验研究，提出了模型的修正方案。
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士 , 工程师 .
2002 年第 3 期
要为水云母 、 蒙脱石和蛭石 , 其粘粒含量 48.7 %～ 56 %, 天然含水量 23.4 %～ 26.4 %, 自由膨胀率 70 % ～ 77%, 密 度 1.94 ～ 2.04g cm3 , 液限 含 水量 wL =
(3) 土体的收缩性 , 土体在 干湿循环过程中所 产生的收缩或膨胀必然会引起 孔隙结构的变化 , 进 而影响土体的持水能力 , 改变土水特征曲线的形状 。
3 试验研究
针对以上因 素 , 本 文开 展 了一 系列 的对 比试 验 , 对土水特征曲线的性质和影响因素进行定性的 分析 。 3.1 试样选取
2 土水特征曲线的影响因素
影响土水特 征曲线 的因素 主要有 土的 矿物 成 分 、 孔隙结构 、 土体的收缩性 、 土的应力历史和温 度等 。 但笔者认为土的矿物成分和孔隙结构是基本 因素 , 其它因素往往是通过影响这两个基本因素而 起作用的 。
(1)土的矿物成分 , 包括土颗粒的矿物成分以 及孔隙中可溶盐成分 。 其影响反映在土体对水分的 亲和程度上 , 对于具有较强亲水性的矿物组成的土 体 , 它表现出的吸力也必然较大 , 反映在土水特征 曲线上 , 则为残余含水量较大 , 曲线的斜率也变得 平缓 。
2002 年第 3 期
图 1 南阳 原状土在不同固结压力下的土水特征曲线
吸力继续增加时 , 两条曲线出现交点 。 虽然受测量 范围的限制 , 不能看到曲线的进一步走势 , 从图中 可以发现 , 孔隙比对进气值以后的曲线斜率有很大 的影响 , 孔隙比较大的土体储水系数也较大 。 总的 来看 , 孔隙比对土水特征曲线的进气值和储水系数 都有较大的影响 。
原状样的土水特征曲线差别明显 , 可采用不同的公
式表示 , 以适应不同的工程情况 。比如对于土坝这
样的填方工程 , 采用击实 样的公式就更有适应性 。 根据包承纲[ 5] 的分析 , 非饱和土的气相形态可以分
为四种 , 在不同形态中 , 非饱和土土体所表现的土
性各不相同 , 工程意义也不同 。 因此 , 只需分析具
(2)孔隙结构 , 包括孔隙大小 、 级配和组成结 构等 。孔隙结构 影响 土水 作用 面积和 收缩 膜的 形
8 工程勘察 Geotechnical Investigation &Surveying
状 , 而后者决 定吸力的大小 。 土体的 孔隙尺寸小 , 进气值高 , 持水性强 , 则土水特征曲线平缓 。 孔隙 结构通常和粒径 、 级配以及土骨架结构相关 , 一般 说来粒径较小 、 级配良好的土体 , 其孔径较小 。此 外 , 影响孔隙结构的其它一些因素也间接影响着土 水特征曲线的形状 , 如干密度 、 初始含水量 、 应力 路径和应力状态等 。
试样分别取自湖北枣阳和河南南阳 , 为膨胀性 土原状样或击实土 。 湖北枣阳土 样的基本性状 为 : 粘粒含量 47%～ 59 %, 天然含水量 25 %～ 35 %, 自由 膨胀率 58%～ 88 %, 液限含水量 wL =70.8 %, 塑性 指数 IP =47.3 。 南阳土取自南水北调总干渠渠线附 近 , 为第四系上更新统冲湖积粘土 , 粘土矿物成分主
1 0 工程勘察 Geotechnical Investigation &Surveying
图 5 南阳 A 、 B 土原状样 、 击实样的土水特征曲线
ห้องสมุดไป่ตู้
体孔径分布曲线 , 用统计分析理论推导出的公式可
适用于全吸力范围的任何土类 , 但公式形式复杂 ,
应用不便 。
通过上述试验分析 , 笔者认为 , 由于击实样和
非饱和土的土水特征曲线研究
刘艳华1 , 龚壁卫2 , 苏 鸿3
(1.北京市勘察设计研究院 , 北京 100038;2.长江科学院 , 武汉 430010; 3.柳州市城市投资建设发展有限公司 , 广西 柳州 545000)
摘要 :本文分析了影响土水特征曲线的几个重要因素 , 在此基础上进行了大量的对比试验 。 通过试
工程勘察 Geotechnical Investigation &Surveying 9
图 3 不同 土质的土水特征曲线
图 4 风化砂的土水特征曲线
发现 , 击实样的曲线有一个明显的折点 , 它们可以 近似地看成是由两条直线段组成的 , 前一段基本呈 水平状 , 为土样进气 阶段 (完全封闭 状态), 另一 段为斜线段 , 与非饱和土的内部连通状态相对 应 。 对于原状样 , 曲线形状平滑 , 无明显的折点 。 笔者 认为 , 原状土在其形成过程中 , 土颗粒按一定方向 和次序排列 , 形成的孔隙结构具有一定的方向 性 , 甚至存在一些相互连通的通道 。 在土样脱湿的过程 中 , 气体首先进入尺寸较大的通道 , 并排除通道内的 孔隙水 , 这部分孔隙水在总孔隙水中占较大比例 , 随 着吸力的增大 , 通道内的水逐渐减少 , 非通道内的水 排除又较缓慢 , 土体表现出较高的持水能力 。
图 2 南阳击实土在不同初始孔隙比下的土水特征曲线
(3)土质的影响 取南阳和枣阳两种不同土性的原状土作比较试 验 , 南阳土 IP =26.5 , 枣阳土 IP =47.3 , 它们的初 始含水量和其它物理指标都相似 , 所得结果见图 3 。 可以看出两条曲线的 进气值和储水系数都有差别 , 反映出高 塑性粘 土脱 水速 度较 慢 、 持 水性 好的特 点。 图 4 是对一种风化砂进行土水特征曲线测试的 结果 。由于风 化砂容易脱水 , 在较小 的吸力范围 , 获得了一个形状较为完整的土水特征曲线 。 可以看 到 , 风化砂的进气值要远比粘土的进气值小 , 而储 水系数较大 。 (4)原状样和击实样的土水特征曲线 为了探讨土体结构的影响 , 对比了同一种土原 状样和击实样的土水特征曲线 , 如图 5 所示 。 容易
1 概述
土水特征曲 线在非 饱和土 力学中 具有 重要 意 义, 分析它的影响因素是十分必要的。在这方面, 土壤学起步较早[ 1] , 但土力学中的土水特征曲线与 土壤学中的土水特征曲线在研究和应用中有一定区 别 ;土力学中 不仅要考虑土体成分及结构的影 响 , 还要考虑到应力状态的影响 , 在应用中要分析土水 特征曲线与强度等力学指标的关系 , 有待探讨的方 面很多 。 由于受测试方法的限制 , 土水特征曲线的 研究进展比较缓慢 。
有实际工程意义的含水量情况 , 并将该阶段非饱和
土的有关公式简化 , 使其具有针对性和实用性 。
本文试验受吸力测量范围的限制 , 所得粘性土
的土水特征曲线只是全范围的一部分 , 气相形态包
括完全封闭和内部连通两种 , 但这部分却是最具有
工程意义的一段 。虽然现有土水特征曲线公式对这
一段的表 达已经 比较 准确 , 公式 形式 一般 较为复
因此 , 原状样有较低的进气值和较高的持水性 能 。对于击实样 , 土体内的孔隙基本上是均匀分布 且无方向性 , 孔隙级配属不良级配 , 气体较难进入 土体 , 表现出较高的进气值 。试验表明土体结构对 土水特征曲线的影响比较大 。 4 击实土简单 、 实用的土水特征曲线公式
土水特征曲线可以用数学关系式表达 。 如 Fredlund &Xing[ 3] 和 Fredlund , Fredlund &Wilson[ 4] 根据土
表达式为 :
θ= θs 0 ≤(ua -uw )≤(ua -uw )b θ= θs -n · lg[ (ua -uw )(ua -uw )b ]
(1)
(ua -uw )≥(ua -uw )b
式中 :θ为体 积 含 水率 ;θs 为饱 和 时 的 含水 率 ;
化砂进行了相应的测试 。 3.3 结果和讨论
(1)固结压力的影响 为了探讨外力对土水特征曲线的影响 , 对一系 列试样进行了有压和无压条件下的对比试验 。 有压 状态是指在饱和及试验过程中 , 土体受到约束不产 生膨胀 , 试验过程中土的孔隙比保持不变 。 无压状 态则是土体自由膨胀饱和 , 在试验过程中 , 其变形 不受外界约束 。 图 1 为某一典型原状样在不同应力 状态下饱和后的土水特征曲线 , 从中可以看出 , 虽 然随着基质吸力的增加两条曲线有相重合的趋 势 , 它们的形状差别还是很大的 , 主要表现在土体的进 气值 和进气 点后的储 水系数 (土 水特征 曲线的 斜 率)。 具有预固结压力的土样 , 其曲线平缓 , 脱水 较慢 。 也就是说 , 应力状态影响土水特征曲线的进 气值和储水系数 , 而储水系数则与非饱和土的渗透 性有密切关系 。 这就意味着在分析水分入渗和蒸发 时 , 必须考虑具有不同应力状态土层的差别 。 当吸力较高时 , 两条曲线趋于重合 , 此时应力 状态对吸力值影响较小 , 即可以认为外应力和吸力 是互不相关的 ;由于吸附强度是和吸力相对应 的 , 外应力对吸附强度的影响 也很微弱 , 这与 Fredlund &Morgenstern[ 2] 的强度理论相符合 。 (2)初始孔隙比的影响 将南阳击实土制成两种不同孔隙比的试样 , 饱 和后的初始孔隙比 e0 分别为 0.66 和 0.83 。 试验结 果见图 2 , 初始孔隙比较大的土体进气值较小 , 当
52.2 %～ 66.6%, 塑性指数 IP =24.5 ～ 38.9 。 3.2 试验方法
试验分别在 15bar 压力膜仪和自制 3.5bar 体积 压力板上进行 , 后者具有对土样进行加压或者约束 土体膨胀的功能 , 其优点是能使土样接近实际工程 中的应力状态 。
为了分析各因素对土水特征曲线的影响 , 进行 了 3 组比较试验 。 由于原状土通常是处于一定的应 力状态下 , 试验中考虑了现场应力状态的模拟 , 对 同一组试样分别进行 有压和无压饱和处理 。 其 次 , 对比了两 种不同初 始孔隙 比击实 土的土 水特征 曲 线, 以及不同塑性击实土的土水特征曲线。此外, 为了获得一条比较完整的土水特征曲线 , 对一种风