温度对重塑马兰黄土渗透性的影响研究

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黄土作为一种广泛分布的工程“特殊土”,常被作为工程材料应用于各种工程项目建设中。其渗透性作为重要的工程性质指标,控制着土中水分的运移,进而大大地影响着黄土的各种工程性质。由于温度的四季变化、昼夜更替,黄土的渗透性在不同的季节、不同的时间也会发生相应的改变,但国内外目前对重塑黄土渗透性随温度的变化及不同温度下黄土渗透系数的校正方法等问题还缺乏系统的研究。本文以泾阳高庄镇马兰黄土为试验研究对象,通过室内常水头饱和渗透试验探究了温度对马兰重塑黄土渗透性的影响,讨论了传统的渗透系数温度校正系数在马兰黄土中的适用范围,并利用环境扫描电镜及容量瓶法分别揭示了渗透过程中土体微观结构变化和温度影响下的结合水状态。主要成果如下:(1)温度变化时,饱和渗透系数随温度升高而升高,且在4℃时,饱和渗透系数存在明显变化点,即4℃后的饱和渗透系数增长率快于0-4℃阶段;25℃时,温度对饱和渗透系数影响最大,饱和渗透系数增长率此时达到最高。(2)升温过程会强化土体密实度对渗透性的影响,高密实度会弱化土体渗透性的温度效应,且土体渗透稳定性随温度的降低而增强。(3)泾阳地区马兰重塑黄土饱和渗透系数、温度、干密度三者之间拟合关系为LnK=-(TB+C2)p+C1。(4)马兰黄土在饱和渗透过程中存在劣化现象,且该现象受物理、化学作用共同影响。当土体密实度较差时,水流携带小颗粒向上运动以及土体中可能存在的结构坍塌,导致饱和渗透系数会随渗透时间增加而减小后趋于稳定;当土样密实度较好时,水流的化学溶解主导,使饱和渗透系数随渗透时间的增加而短期增大后趋于稳定。(5)渗透率虽然是一种固有属性,但在渗透过程中其数值不是固定不变的。试验表明,温度与渗透率的对数存在线性关系,而渗透试验过程中渗透率与时间之间的关系会随着土体密实度增加由指数关系向幂函数关系转变。(6)饱和渗透系数受劣化影响,实测值与计算值存在偏差,因此温度校正系数原型公式K=pg/μ=kg/μ适用范围讨论如下:在0-4℃时:K(T)≈K0(冰点附近除外)在 4-10℃ 时:K(T)=k(1.05366-0.000816(?)g/0.261+1.517exp(-0.034688×T)在10-25℃、密实度较差时,土体劣化占主导:K(T)=k(T)/eBt·(1.05366-0.0008161(?))g/0.261+1.517 exp(-0.034688 × T)在10-25℃、密实度较好时,溶解冲刷作用占主导:K(T)=k(t)/tB·(1.05366-0.000816(?))g/0.261+1.517 exp(-0.034688×T)大于25℃时:需要考虑温度对渗透率的影响。(7)通过微结构观察可知,渗透率随渗透时长的变化是由于渗透过程中的孔隙变化造成的。水流作用使得土样中主导渗流的大、中孔隙多向小、微孔隙转变,且干密度越小,该现象越显著。(8)结合水分析表明,0-4℃阶段,饱和渗透系数变化平缓主要是由于结合水变化造成的。在该阶段温度升高,颗粒附近自由水向弱结合水转变,导致渗流水量小于计算值。
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