马兰黄土渗气性试验研究

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1、分类号：P64210710-2015126095硕士学位论文马兰黄土渗气性试验研究郭泽泽导师姓名职称李喜安教授申请学位类别工学硕士学科专业名称地质工程论文提交日期2018年04月16日论文答辩日期2018年06月03日学位授予单位长安大学ExperimentalStudyonAirPermeabilityofMalanLoessAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：GuoZezeSupervisor：Prof.LiXi’anChang’anUniversity,Xi’an,China摘要土体的渗气率ka及渗透系数K

2、是工程实践中经常用到的重要参数，而重塑黄土渗透系数与渗气率具有很好的相关性，因此可通过渗气率的快速测定便捷地获得重塑黄土的渗透系数，并通过重塑黄土的渗气规律揭示重塑黄土的渗透规律。除此之外，渗气率在许多环境工程中也有着重要的应用，如垃圾填埋场治理和温室气体排放，生物滤池的空气净化，通过气体抽排改善整治污染土，氡的侵入及其他由于气压改变所导致的建筑物内气体污染等。本文利用改进的ZC-2015型渗气仪对陕西西安、延安及甘肃黑方台地区的原状、重塑及增湿马兰黄土（Q3）的渗气率进行测量分析，并结合扫描电镜与智能超景深显微镜探讨含水率与渗气率间逆反现象的微观结构差异，研究场地边

3、界条件与渗气率间的关系，最后，对Poulsen渗气率预测模型在黄土地区中的应用进行了研究和探讨。试验结果表明：（1）考虑惯性效应影响的Waal二次模型对高低两种驱动压差的适用性都较好。在低初始压差下，不同简化形式的计算结果相近，最大相对误差为7.5%，而高初始驱动压差下质量流恒定这一假设条件失效，Waal二次模型计算结果明显小于其简化形式计算结果，两者间的最大相对误差达23.4%。（2）原位接触式探头测量与室内原状测量两种测量结果基本一致，测量结果间的最大偏离程度随渗气率的增加而增大。采用接触式探头渗气仪对原位土体进行渗气测量可减少测量成本及制样准备等工序，且对土体结

4、构的扰动更小，其适用性更广，实用性更强。（3）随着含水率的增加，不同增湿路径下的重塑土样渗气率均呈总体减小趋势；相同含水率下增湿过程的渗气率小于减湿过程的渗气率且两者间的差值随含水率的下降而上升，这与干缩过程中细微裂纹扩张、新裂纹产生及粒间联接不可逆的损伤的有关；同一工况下，设计含水率与实际含水率间的微小差异所导致的试样间渗气率差值远大于增湿级数对试样渗气率的影响。（4）制样含水率影响重塑黄土在结构重建过程中的充气孔隙分布。低含水率土体经静压法单次压实成型后形成的横断面积小而数量繁多的各级充气孔隙通道不仅连通复杂而且高度迂曲；而压实前由高含水率所形成的数量更多、体积更

5、大的复合型团聚体间更易于堆积形成更大的团聚体间孔隙。因此，当干密度较低（1.35~1.45g·cm-3）时，i渗气率随制样含水率的增加而增加；随着干密度的增加，土体内部充气孔隙在压实作用下显著减小，含水率增加对重塑黄土渗气率的促进作用逐步降低，渗气率与制样含水率间的变化曲线出现明显的转折点。（5）潜蚀洞穴、湿陷裂缝等不良地质条件都会引起渗气率的上升，其中多条湿陷裂缝的交汇处，次级裂隙间的相互交错将土层分割成大小不等的散乱土块，渗流气体通过湿陷裂缝及次级裂隙快速流通，此时渗气率达0.776μm2；场地边界条件对渗气率的影响范围约为2m，且探槽边缘处渗气率最高，随背离探槽

6、程度的增加渗气率逐渐下降直至稳定；地表浅层黄土渗气率随深度增加而逐渐下降，这与地表广泛分布的虫孔根系、壁缘临空面产生的拉张裂隙及良好发育的垂直节理三者共同有关。（6）通过快速简便确定的模型参数，Poulsen渗气率预测模型可以对地区黄土有效干密度、含水率范围内的渗气率进行合理准确预测。其中，陕西延安、浐河与甘肃黑方台重塑黄土渗气率实测值与预测值间的线性拟合度分别为0.9685、0.9785、0.9784。关键词：渗气率，Forchheimer定律，含水率，干密度，充气孔隙度，场地边界条件，Poulsen预测模型iiAbstractTheairpermeationrat

7、ekaandpermeabilitycoefficientKofsoilareimportantparametersoftenusedinengineeringpractice.Asthepermeabilitycoefficientofremoldedloesshasagoodcorrelationwiththeairpermeationrate,therefore,thepermeabilitycoefficientoftheremoldedloesscanbeeasilyobtainedthroughtherapiddeterminationo