【摘 要】
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黄土是一种具有水敏性的特殊土,干、湿状态下的力学性质迥异,构成了水致黄土滑坡的本质,土水特征曲线是体现水敏性的重要本构关系。为揭示高吸力段土水特征,构建全吸力段完整的土水特征曲线,本研究依托重点基金(41530640)和重点研发计划(2018YFC15047000),引入TRIM和VSA测试仪,对庆阳西峰典型黄土剖面开展了全吸力范围土水特征测试,研究了全吸力范围内黄土、古土壤的土水特性及其影响因素
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黄土是一种具有水敏性的特殊土,干、湿状态下的力学性质迥异,构成了水致黄土滑坡的本质,土水特征曲线是体现水敏性的重要本构关系。为揭示高吸力段土水特征,构建全吸力段完整的土水特征曲线,本研究依托重点基金(41530640)和重点研发计划(2018YFC15047000),引入TRIM和VSA测试仪,对庆阳西峰典型黄土剖面开展了全吸力范围土水特征测试,研究了全吸力范围内黄土、古土壤的土水特性及其影响因素,取得的主要成果如下:(1)总结了高吸力范围内黄土土水特征曲线的变化规律。通过VSA试验获取了西峰剖面(L2、L5、S5、L6、L7、L8、S8、L9、S10、L15)土层高吸力范围的土水特征曲线。结果表明,在7.1~482.9MPa吸力范围内,黄土的土水特征曲线均存在拐点,脱湿与吸湿路径拐点处含水率相近但不相同,拐点前后土的脱湿(吸湿)速率发生改变;非饱和黄土土水特征曲线滞后效应随吸力增加而减弱,当吸力约200MPa时,滞后效应消失;高吸力范围内古土壤的持水能力均强于黄土,其持水能力指标与土中粘粒含量存在线性正相关关系。(2)提出了一种基于VSA修正TRIM全吸力范围土水特征曲线测试的新方法。基于本次VSA的测试结果,发现TRIM在残余区测试的含水率高于实际值,其原因在于TRIM基于轴平移技术控制吸力,无法准确预测吸附水占优时的土水特性。因此,本研究引入VSA试验对TRIM方法进行修正,并采用新模型拟合。测试结果表明该方法可在短时间内准确测得全吸力范围内的土水特征曲线。(3)诠释了全吸力范围内黄土土水特征曲线滞后效应。基于本文提出的新方法,获取了西峰黄土剖面全吸力范围内的土水特征曲线。结果表明,各层土的土水特征曲线均存在明显的滞后效应,在相同吸力下脱湿路径的含水率大于吸湿路径,且随着吸力增加,两者差异减小,两种水力路径下的土水特征曲线在吸力较大(约200MPa)时重合。同时,对比了脱湿、吸湿路径下拟合曲线特征参数,发现脱湿路径下的饱和体积含水率θs、进气值参数a均大于吸湿路径下对应值,而参数n、m变化不大;此外,计算了各土层滞回圈面积。结果表明,滞后效应随深度增加趋于减弱,随uC增大而增强,随d10增大而减弱,且古土壤的滞后效应明显强于黄土。(4)揭示了黄土剖面上土水特性的变化规律及其影响因素。对比了不同土层的特征参数,并将其与土壤物理指标建立联系。得到以下结论:土在脱湿路径下的饱和体积含水率θsd沿剖面呈波动变化,古土壤的θsd均小于相邻层黄土,θsd随深度增加趋于减小,且θsd与dρ呈负线性相关关系;古土壤的进气值参数a值均大于相邻层黄土,且a随w、d10增加而减小;参数n随深度增加趋于降低,反映随着埋深增加,土孔隙密度范围变宽,峰值降低。定义过渡段斜率为土水特征曲线最大减湿率,结果表明,古土壤的最大减湿率小于相邻层黄土,最大减湿率随深度增加趋于降低,且最大减湿率随dρ增加而减小,随e增加而增加;黄土的m值均大于相邻层古土壤,且m与土中粘粒含量呈负相关关系。
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