一种非饱和压实土过渡区土水特征曲线的快速测定方法技术

本发明专利技术涉及非饱和压实土过渡区土水特征曲线的快速测定方法，包括步骤：S1、量测土试样的初始孔隙比e0和比重G

【技术实现步骤摘要】
一种非饱和压实土过渡区土水特征曲线的快速测定方法


[0001]本专利技术涉及岩土路基工程中非饱和土土水特性研究，具体涉及一种基于压汞试验的非饱和压实土过渡区土水特征曲线的快速测定方法。

技术介绍

[0002]非饱和压实土的土水特性研究是非饱和边坡稳定性分析的基础。实验室内要获取非饱和土土水特征曲线通常采用轴平移技术，每级吸力下平衡的时间需要4
‑
5天，若是黏土甚至更长。若要获取一条土水特征曲线，可能需要一两个月甚至更长时间。
[0003]土体的内部微观孔隙分布与土水特性密切相关，间接地建立微观孔隙与土水特性之间的关系，提出了间接量测土水特征曲线的快速测定方法，只需要通过压汞实验量测土体的孔径分布数据，从而间接获取土体的土水特征曲线，耗时1
‑
2个小时，该方法具有简单高效、精度较高等优点，可为非饱和填土路基工程的变形分析提供基础性数据。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是克服现有技术中的不足，提供一种非饱和压实土过渡区土水特征曲线的快速测定方法，该方法克服了量测土水特征曲线费时耗力的困难，通过压汞试验的结果，并依据土力学相关的基本定义即可计算得到非饱和压实土过渡区段的土水特征曲线，方法简单易行，准确性高，可为非饱和填土路基变形计算等提供基础性数据。
[0005]这种非饱和压实土过渡区土水特征曲线的快速测定方法，基于压汞试验测得的孔隙分布结果，提出一种间接获取非饱和土土水特征曲线的快速测定方法，包括以下步骤：
[0006]S1、量测土试样的初始孔隙比e0和比重G
s
，再通过压汞试验，测得累计汞压入体积量与孔径的关系曲线；
[0007]S2、根据Young
‑
Laplace方程换算出基质吸力与孔径的关系；
[0008]S3、依据土力学基本定义，利用压汞试验测得的累计汞压入体积量表示试样各个吸力对应的饱和度或含水率。
[0009]根据以上三个步骤，选择合理的压汞数据，即可确定试样的饱和度或含水率与基质吸力的关系曲线，达到快速量测非饱和土土水特征曲线的目的。
[0010]作为优选：步骤S1中，进行压汞试验的试样要符合土水特性试验中实际过程的土样，需符合主脱湿时试样所对应的孔径分布，即对非饱和压实土进行饱和后的试样。
[0011]作为优选：步骤S1中，假设土样内部孔隙是圆柱形的，取已知初始孔隙比的土试样进行压汞试验，测得试样的累计汞压入体积量与孔径的关系曲线。
[0012]作为优选：步骤S2中，由Young
‑
Laplace方程换算出基质吸力与孔径的关系为：
[0013][0014]式中：s为吸力，kPa；T
s
为液体的表面张力，N/m；θ
w
为液固表面的接触角；d为孔径。在计算中，表面张力T
s
与环境温度相关，若环境为25℃时，表面张力T
s
取0.072N/m，θ
w
取0
°
。
[0015]作为优选：步骤S3中，利用压汞试验测得的累计汞压入体积量表示试样各个吸力对应的饱和度或含水率，包括以下步骤：
[0016]S3
‑
1、饱和土土水特征曲线的表达式如下：
[0017][0018]式中，w是试样的含水率，％；S
r
是试样的饱和度，％。
[0019]S3
‑
2、非饱和土土水特征曲线以有效含水率w
e
和有效饱和度S
e
的形式表示如下：
[0020][0021]式中，w
re
为压汞试验中无法量测的孔隙体积量对应的含水率；S
re
为压汞试验中无法量测的孔隙体积量对应的饱和度；无法量测的孔隙主要为封闭孔隙和压汞压力范围内无法量测的细微孔隙。
[0022]S3
‑
3、假设大于孔径进气值的孔隙直径对应的孔隙水均排除，故试样在此吸力下的有效饱和度S
e
(d)表示为：
[0023][0024]式中，r为任意孔隙对应的孔径大小；r
max
为土样中孔隙对应的孔径的最大值；F(r)为累计孔隙分布函数；f(r)为孔径分布函数。孔径分布函数和累计孔隙分布函数均通过压汞实验测得。
[0025]S3
‑
4、基于压汞试验的累计孔隙分布曲线，土样的有效含水率和有效饱和度分别表示为：
[0026][0027]式中，F(d
min
)为压汞试验获取的累计孔隙分布曲线中最小孔径对应的累计体积量；F(d)为累计孔隙分布曲线中任意孔径对应的累计体积量；ρ
w
为水的密度，取1g/cm3。
[0028]S3
‑
5、若压汞试验中所测得的孔隙比e
m
为：
[0029][0030]式中，V
v
为孔隙体积，V
s
为土颗粒体积。
[0031]由于压汞试验测得的累计孔隙分布曲线中纵坐标的单位为mL/g，所以每克干土中(即干土质量m
s
取1g)孔隙体积量V
v
为：
[0032]V
v
＝F(d
min
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0033]每克土中土颗粒体积V
s
为：
[0034][0035]将式(7)和(8)代入式(6)，得压汞试验所测得的孔隙比e
m
为：
[0036]e
m
＝ρ
w
F(d
min
)G
s
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0037]S3
‑
6、基于累计孔隙分布曲线，每克干土中残余含水率w
re
和残余饱和度S
re
表示为：
[0038][0039]式中，e0为初始孔隙比。
[0040]S3
‑
7、基于压汞试验所得的累计汞压入体积量与孔径的关系曲线，再根据公式(1)、(2)、(3)、(5)、(9)、(10)，即可得到饱和度S
r
与基质吸力s以及含水率w与基质吸力s的关系，即通过压汞试验的数据可快速测定压实土体的土水特征曲线。
[0041]本专利技术的有益效果是：利用本专利技术所设计的方法能够实现对非饱和压实土过渡区土水特征曲线的快速测定，有效克服了量测非饱和土土水特征曲线耗时费力的困难。通过对一定初始孔隙比的土试样进行压汞实验，得出累计汞压入体积量与孔径的关系曲线，再结合Young
‑
Laplace方程和土力学基本定义，即可实现对不同孔隙比的非饱和压实土过渡区土水特征曲线的快速测定，整个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非饱和压实土过渡区土水特征曲线的快速测定方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、量测土试样的初始孔隙比e0和比重G
s
，再通过压汞试验，测得累计汞压入体积量与孔径的关系曲线；S2、根据Young
‑
Laplace方程换算出基质吸力与孔径的关系；S3、利用压汞试验测得的累计汞压入体积量表示试样各个吸力对应的饱和度或含水率。2.根据权利要求1所述的非饱和压实土过渡区土水特征曲线的快速测定方法，其特征在于：步骤S1中，土样内部孔隙是圆柱形的，取已知初始孔隙比的土试样进行压汞试验，测得试样的累计汞压入体积量与孔径的关系曲线。3.根据权利要求1所述的非饱和压实土过渡区土水特征曲线的快速测定方法，其特征在于：步骤S2中，由Young
‑
Laplace方程换算出基质吸力与孔径的关系为：式中：s为吸力，kPa；T
s
为液体的表面张力，N/m；θ
w
为液固表面的接触角；d为孔径。4.根据权利要求1所述的非饱和压实土过渡区土水特征曲线的快速测定方法，其特征在于：步骤S3中，利用压汞试验测得的累计汞压入体积量表示试样各个吸力对应的饱和度或含水率，包括以下步骤：S3
‑
1、饱和土土水特征曲线的表达式如下：式中，w是试样的含水率，％；S
r
是试样的饱和度，％；S3
‑
2、非饱和土土水特征曲线以有效含水率w
e
和有效饱和度S
e
的形式表示如下：式中，w
re
为压汞试验中无法量测的孔隙体积量对应的含水率；S
re
为压汞试验中无法量测的孔隙体积量对应的饱和度；S3
‑
3、大于孔径进气值的孔隙直径对应的孔隙水均排除，故试样在此吸力下的有效饱和度S
e
(d)表示为：式中，r为任意孔隙对应的孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：高游，李泽，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：