基于毛细理论与孔径分布函数的土水特征曲线方程与渗透系数模型--《信阳师范学院》2015年硕士论文
基于毛细理论与孔径分布函数的土水特征曲线方程与渗透系数模型
【摘要】：土水特征曲线(SWCC)指土体持水状态与吸力间的关系曲线,由于非饱和土的渗透、强度、体变等力学性质均与SWCC相关,SWCC是描述非饱和土性状的重要工具。
渗透系数表示流体通过孔隙骨架的难易程度,是土体渗流计算时必须用到的一个基本参数。非饱和土中,由于空气占据了一部分孔隙,非饱和渗透系数总是小于饱和渗透系数,它是非饱和土体积含水率的函数,是一个变量。
在岩土工程实践中,只有将土水特征和非饱和渗透系数用解析表达式表达出来,才能够用于预测土体的力学与水力学行为。因此,构建合理的土水特征曲线方程与渗透系数模型是非饱和土力学研究中的重要问题。
本文基于毛细理论与统计学孔径分布理论,构建了基于指数分布的土水特征曲线方程与渗透系数模型,主要结论如下：
(1)基于毛细理论,采用指数分布作为土体孔隙半径概率密度函数,构建了以饱和度为因变量,吸力为变量的单参数土水特征曲线方程,方程参数λ的倒数为孔隙半径期望值,具有明确的物理意义。数值模拟表明该模型能够有效描述砂土、粉土与黏土的土水特征,形式简单,使用方便。
(2)同为单参数模型,基于指数分布的土水特征曲线方程对砂土、粉土与黏土土水特征曲线试验数据的拟合效果均远优于Brooks-Corey模型。
(3)基于统计学孔径分布理论,将基于指数分布的土水特征曲线方程代入Burdine方程获得分别用饱和度与吸力表达的非饱和相对渗透系数方程。数值模拟表明基于指数分布的非饱和相对渗透系数方程能够较为准确地预测砂土、粉土与黏土的非饱和渗透系数。
(4)基于指数分布的土水特征曲线方程与非饱和相对渗透系数模型利用单参数λ即可同时对土水特征曲线和非饱和渗透系数进行预测。
【关键词】：
【学位授予单位】：信阳师范学院【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2015【分类号】：O175;O357.3【目录】：
摘要5-6Abstract6-101 绪论10-24 1.1 引言10-12
1.1.1 毛细理论10-11
1.1.2 孔径分布函数11
1.1.3 土水特征曲线方程11-12
1.1.4 渗透系数模型12 1.2 国内外研究进展12-22
1.2.1 孔径分布与土水特征12-20
1.2.2 土水特征与渗透模型20-22 1.3 选题背景与意义22-23 1.4 论文创新点23-242 土水特征曲线方程与渗透系数模型24-36 2.1 指数分布24 2.2 孔径概率密度函数与土水特征曲线方程24-31
2.2.1 基于指数分布的土水特征曲线方程适用性讨论26-28
2.2.2 基于指数分布的土水特征曲线方程与常用土水特征曲线模型的对比28-31 2.3 非饱和渗透系数模型31-36
2.3.1 基于指数分布的非饱和相对渗透系数方程预测结果32-33
2.3.2 基于指数分布的非饱和相对渗透系数方程适用性讨论33-363 结论36-37参考文献37-39致谢39
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京公网安备75号论砂砾石土的可灌性--《水利学报》1984年02期
论砂砾石土的可灌性
【摘要】：正 笔者认为,原文中对可灌比值物理意义等方面的分析,对灌浆设计和施工是很有益的.现提出几点意见如下: (一)原文中可灌比值仅表明被灌地层和灌注材料间的几何尺寸关系。若设想与其他灌浆参数(压力、浆液流变性、设计标准等)结合起来,则对判明地层可灌性不仅在理论上,而且在实践上更具有实际意义。以往用可灌比值表示地层有效灌注的有:美国约翰逊认为N25,苏联阿达莫维奇N5,国内工程N=4-10,原文建议N=10—15等。笔者认为,其差别较大的原因,就在于N值并未包括影响可灌性的所有重要因素。若要较全面地反映地层的可灌性,则它至少是下面这些因素的函
【作者单位】：
【关键词】：
【正文快照】：
笔者认为,原文中对可灌比值物理意义等方面的分析,对灌浆设计和施工是很有益的.现提出几点意见如下: (一)原文中可灌比值仅表明被灌地层和灌注材料间的几何尺寸关系.若设想与其他灌浆参数(压力、浆液流变性、设计标准等)结合起来,则对判明地层可灌性不仅在理论上,而且在实践
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基坑降水设计中水文地质参数计算方法分析探讨
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土水特征曲线的预测模型研究
近年来，人们在解决诸如水位升降对库区岸坡稳定性影响、降雨入渗诱发边坡失稳、干湿变化引起地基变形等灾害问题时越来越重视非饱和土力学理论的应用。土的基质吸力与含水率或饱和度之间的关系曲线被定义为土水特征曲线。该曲线反映了在非饱和状态下土中水的能量与土中水的数量之间的关系。根据土水特征曲线，可以确定非饱和土的强度、体应变、渗透系数等，可见其在非饱和土研究中的重要性。目前常用的获得土水特征曲线的方法通常都需要一定量的实测土水数据，而通过实验得到数据的方法存在费时昂贵的缺点，因此，本文从更易获得的土壤基本物理性质数据(粒径分布、干密度、孔隙比)出发研究了土水特征曲线的预测模型。研究的主要内容有：
1．分析了非饱和土中水的基本特性，着重分析了基质势产生的原因，并根据毛细作用规律给出了基质吸力与表面张力、毛孔半径的关系式，从能量的角度分析了土水特征曲线的物理意义，同时对影响土水特征曲线的各种因素进行了探讨。
2．利用已知土壤粒径分布实测数据，对常用的4种粒径分布参数模型进行对比分析，优先选择了MLog模型和Fredlund模型来对已知粒径分布数据进行拟合；
3．基于Arya等反求经验参数α的思路尝试了对Arya-Paris模型中经验参数α的线性与非线性拟合，通过对来自UNSODA数据库的砂土、壤土、粘土的共12个样本计算，得到了经修正的土水特征曲线预测模型，并对两种方法的结果进行了对比；
4．应用修正模型得到的土水特征曲线直接推求出非饱和渗透系数与基质吸力的关系，分析了长江中下游某堤防工程中地下水位、洪水持时、水位下降速度等因素对其渗流场变化的影响，并对堤岸边坡的抗滑稳定性进行了计算，得出相应情况下安全系数的变化规律。
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水是影响岩体工程安全性的重要因素之一,水与岩体之间不仅存在力学作用,还存在复杂的水-岩物理化学作用,许多岩体工程的破坏和失稳均与水-岩作用密切相关。随着我国大规模的岩体工程建设,岩体工程在荷载和水-岩作用下的应力-渗流-化学(M-H-C)耦合问题日趋重要。因此,开展岩体剪切特性的水-岩作用效应、岩石M-H-C耦合本构模型以及M-H-C耦合数值模拟的研究,对于受水-岩作用影响的岩体工程如边坡、坝基、地下洞室及核废料地下储存、溶浸采矿、油气田开采等问题,均具有重要的理论意义与应用价值。　　
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论文的主要研究内容如下:　　
1.开展了不同水化学溶液侵蚀条件下砂岩的抗剪强度试验,分析了水化学作用对砂岩微细观结构的影响效应,探讨了砂岩的水化学损伤机理。在此基础上,分析了水化学作用对砂岩抗剪强度的影响规律,同时通过引入岩石水化学损伤度,定量表达了砂岩抗剪强度参数随水化学损伤的变化过程。　　
2.开展了具不同含水率的砂岩软弱结构面剪切蠕变试验,分析并探讨了含水率对砂岩软弱结构面剪切蠕变特性及长期抗剪强度的影响规律与机理。研究表明,在相同应力水平下,随着含水率增大,其蠕变变形和蠕变速率显著增大,达到稳态阶段所需时间明显延长,初始蠕变强度和长期抗剪强度逐渐降低,且长期抗剪强度随含水率变化符合指数函数关系。　　
3.根据试验结果,对黏弹塑性元件组合蠕变模型进行了改进,建立了能考虑含水率影响效应的砂岩软弱结构面剪切蠕变模型,同时采用进化优化算法对该蠕变模型中的多参数进行了反演。　　
4.采用化学动力学方法建立了岩石水化学损伤动态演化数学模型。在此基础上,对工程时间尺度内重庆砂岩在水化学环境下的损伤演化过程进行了数值模拟,分析了水溶液酸碱度、离子种类与离子浓度对重庆砂岩损伤演化的影响效应与规律。　　
5.提出了由水化学损伤动态演化模型、岩石固相基质本构方程、渗流方程、孔隙压力变化方程等构成的岩石M-H-C耦合弹性本构模型。　　
6.基于所提出的M-H-C耦合弹性本构模型和模块化思想,利用多物理场耦合分析软件COMSOL的流-固耦合模块和水文地球化学分析软件Phreeqc,分别对其进行二次开发,编制相关的接口程序,并通过岩石水化学损伤度将Phreeqc的水化学损伤计算过程与COMSOL的应力-水力耦合计算过程有机融合,构建起岩石M-H-C耦合的弹性数值模拟程序与方法。　　
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