论文部分内容阅读
粘土由于其独特的微细观结构,决定了它的渗流、固结、水土压力分算合算与“众土”不同。目前对粘土结合水的研究大多基于溶液(悬浮液)中的土颗粒-水-电解质体系。从多孔介质固体力学的角度进行孔隙水的水——土相互作用研究,对于地基基础工程、地下工程、土石坝工程等有着重要的意义,但相关的研究尚未见到。 本文基于粘土的结合水膜占据的无效孔隙比对渗透系数的影响,展开了对其渗流与固结、水土压力分算与合算的研究,力求实现从粘土宏观参数(液限、起始水力坡降)推求微观指标(结合水膜厚度、无效孔隙比、有效孔隙比),达到方便于工程实际应用的目的。本文的研究取得了以下的成果: (1)从微细观结构对粘土进行了分析与研究。粘土具有特殊的微细观结构,如:特有的氢键、亲水性的粘土矿物成分与化学成分、定向排列的扁平状结构、特殊的联结方式、巨大的比表面积及带电性、特别是颗粒表面水土相互作用形成的双电层结构、吸附的结合水膜、膜-水(自由水)之间的离子交换等。正是由于粘土颗粒极小的粒径、巨大的比表面积以及亲水的矿物成分,在粘土颗粒表面吸附并形成没有流动性的结合水膜,占据土体的部分孔隙(即无效孔隙),使得土体能够产生渗流的有效孔隙减小,对粘土的渗流固结等产生较大的影响。因此,研究粘土的渗流与固结,必须首先研究结合水膜厚度及其占据的无效孔隙比。 (2)从粘土的稠度界限指标液限、粘土渗流的起始水力坡降、粘土双电层理论的古依——查普曼公式三种方法出发,分别推导出了多孔介质粘土结合水膜厚度及有效孔隙比的计算公式。 (3)将上一章得到的粘土有效孔隙比公式引入砂土的渗透系数经验公式,对其孔隙比进行修正,得到了考虑无效孔隙比的粘土渗透系数经验公式。当不计粘土的无效孔隙比时,公式即成为砂土的渗透系数经验公式,从而实现了砂土与粘土渗透系数经验公式的统一。 (4)针对目前水土压力分算合算统一算法中存在的不足,基于粘土的无效孔隙比,引入了新的参数,建立了粘土水土压力综合算法公式。新参数的物理意义明确且便于计算,公式不仅适用于粘土,也适用于粉土、砂土。使得粘土、粉土、砂土的水土压力分算与合算综合在了同一个公式之内。 (5)应用前面得到的粘土渗透系数经验公式,结合算例,对考虑无效孔隙比前后的粘土渗流与固结进行了对比分析,结果表明:粘土的无效孔隙比对其渗流与固结影响很大:无效孔隙比的存在大大地延长了粘土的固结时间,并使其曼德尔-克莱耶效应发生的时间相应滞后;也使得粘土的渗流速度减小了许多。