重塑弱膨胀土土-水特征曲线及非饱和渗透特性试验研究

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膨胀土在我国分布广泛,其遇水、失水过程中产生的不均匀胀缩变形对工程结构或各类工程建筑物的安全性造成极大威胁。其中,环境中的水分变化是土体产生胀缩变形的重要诱发因素,通过采取阻断土中水分流动的措施,可以有效控制土体的进一步膨胀变形。非饱和膨胀土中,含水率或吸力的变化也会引发其水力和力学性质的极大变化。因此研究膨胀土的土-水特性及其水分迁移规律,对于预测与预防膨胀土变形问题具有重要意义。本文以重塑弱膨胀土为研究对象,对弱膨胀土的膨胀特性和微观结构特性进行研究;测定了国产双圈牌NO.203型滤纸的率定曲线和重塑弱膨胀土的土-水特征曲线;将重塑弱膨胀土的土-水特征曲线应用于瞬态剖面法试验中,研究重塑弱膨胀土水分迁移规律及非饱和渗透特性。本文主要工作及研究成果如下:(1)进行蒙脱石含量、自由膨胀率和阳离子交换量试验,根据试验结果,参照规范(《铁路工程岩土分类标准》(TB10077-2019))将试验土样判定为弱膨胀土。基于此,在室内分别进行了无荷膨胀率试验和有荷膨胀率试验,结果表明重塑弱膨胀土的膨胀特性与其初始状态及上覆荷载密切相关。同时进行压汞试验,根据结果可知,重塑弱膨胀土内部存在团粒间和团粒内两种孔隙模式,膨胀土在荷载作用下宏观压缩变形,主要是改变土体团粒间孔隙含量,而团粒内孔隙结构由于较强的胶结作用几乎不受影响。(2)以不同浓度NaCl溶液为吸力源,采用蒸汽平衡法,测量滤纸吸湿过程的总吸力率定曲线;同时,采用压力板仪测定滤纸脱湿过程的基质吸力率定曲线。依据已知率定曲线,采用滤纸法与压力板仪相结合的方式测量重塑弱膨胀土的土-水特征曲线。研究表明,重塑弱膨胀土的土-水特征曲线呈双峰分布,原因是重塑弱膨胀土微观孔隙结构呈双峰分布,膨胀土内部存在团粒内和团粒间两种孔隙。(3)采用自制试验仪器,依据瞬态剖面法原理在室内进行渗透试验,研究土柱中水分迁移规律以及非饱和渗透特性。结果表明,土柱各截面体积含水率变化趋势相同,均是先增大后减小直至趋于稳定,注水阶段截面体积含水率增长速率显著大于自由渗流阶段,但是土柱大部分膨胀变形发生在自由渗流阶段。侧限条件下,重塑弱膨胀土非饱和渗透系数曲线并不是单一变化,其随吸力减小先减小后增大,在吸力约为2500k Pa时渗透系数达到最小值。在自由渗流阶段,非饱和渗透系数随吸力均匀分布;而供水阶段,渗透系数分布集中,并且部分结果大于自由渗流阶段的渗透系数。
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