基于电阻率测试的土石混合体土水特征研究

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土水特征曲线(SWCC)通常用来描述非饱和土体的含水率与其基质吸力之间的关系,目前对土水特征的研究主要集中在黏土、粉土等细颗粒土,以及砂和粉土混合体,但是对土石混合体的土水特征研究却较少。对于同种性质的土石混合体来说,其电阻率的大小主要取决于含水率的大小,而基质吸力的大小也取决于含水率的大小,因而土石混合体的电阻率与其基质吸力之间必然存在一定的内在联系。鉴于此,论文依托国家自然科学基金项目,开展了基于电阻率测试的土石混合体土水特征研究,主要研究内容及成果如下:
  (1)适用于土石混合体的SWCC曲面模型研究。基于非饱和土的经典SWCC模型和双台阶SWCC模型,分析各个模型的参数及模型的适用性。通过等量代换、公式叠加和参数优化建立了土石混合体的SWCC曲面模型,该模型耦合压实度,建立起基质吸力、质量含水率和压实度之间的定量关系。通过对模型参数的灵敏度分析,发现参数的变化反映了土石体中孔隙排水过程的变化。
  (2)土石混合体的土水特征-电阻率试验研究。结合滤纸法和范德堡法设计了土水特征-电阻率协同测试装置,利用该装置,开展了重庆地区常见风化泥岩混合料的电阻率、含水率和基质吸力测试试验。采用S??????曲面模型对试验数据进行分析,结果表明:不同土石比的SWCC拟合曲面形状相似,质量含水率随着基质吸力的增大而下降,下降过程中会产生返弧,返弧前后质量含水率的下降速度有明显区别。
  (3)土石混合体的土水特征研究。土石混合体的SWCC曲线为两个"S"形组合的双台阶形状,该形状描述了土体的大孔隙和小孔隙分别在边界效应段、过渡段和非饱和残余段的排水过程;当土石比为5∶5和6∶4时,随着压实度的增大,曲线整体向着质量含水率减小的方向移动,而当土石比为7∶3的时候,随着压实度的增大,曲线整体却向着质量含水率增大的方向移动。
  (4)基于电阻率测试的土石混合体基质吸力评价研究。对土石混合体试件的质量含水率、电阻率和基质吸力进行分析,并计算了土石混合体的电阻率综合参数。以该参数代表土石混合体的电阻率特性,通过对基质吸力和电阻率综合参数的相关性进行分析,得到了φ-Re(基质吸力-电阻率综合参数)数学模型,建立了两者间的定量关系,结果表明:土石体的电阻率随着质量含水率的增大而减小,两者之间呈简单幂函数关系,而基质吸力随着电阻率的增大而增大;通过对φ-Re模型参数的灵敏度分析,发现模型参数的变化反映了土石体中孔隙排水过程的变化。
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