马兰黄土水、气渗透性及其微观机理试验研究.pdf

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1、分类号：P64210710-2015126112硕士学位论文马兰黄土水、气渗透性及其微观机理试验研究刘锦阳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ExperimentalStudyonAirPermeabilityandMicrocosmicMechanismofMalanLoessAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LiuJin-yangSupervisor：Prof.Lixi'anChang’anUn

2、iversity,Xi’an,China摘要马兰黄土作为黄土地区工程建设的天然地基和填方材料，其水、气体渗透特性直接影响工程建筑的稳定性。利用改进的ZC-2015型渗气仪和TST-55型渗透仪对黑方台、延安、浐河黄土剖面的风干原状黄土和不同工况下的重塑黄土进行水、气渗透试验，并结合扫描电镜试验探讨典型马兰黄土的水、气渗透规律及其微观机理，研究渗气率ka和饱和渗透系数Kw间的关系。最后，利用数学模型建立宏-微观孔隙参数与渗透参数之间的关系。渗气性试验结果表明：不同体积的土样由于尺寸效应，渗气率随着土样体积的增大而增大。随着干密度的增大，重塑黄土气体渗气率减小，土颗粒中粘

3、粒含量越高，土体有效渗气孔隙减少，重塑黄土的渗气率也之减小；通过压实制样法得到的不同含水率下重塑黄土结构性差异较大，且由于团聚体、颗粒软化、基质吸力的作用，使其渗气率随着初始含水率的增大而增大。而原状和重塑成型黄土试样的整体增湿减湿过程中，土样无结构性差异，土中水通过影响渗气通道的大小进而影响其渗气性，渗气率随着含水率的增大而减小；增湿过程中，含水率小于20%时，渗气率随着含水率的增大而显著减小，相同含水率下减湿过程的渗气率始终大于增湿过程的渗气率。风干原状黄土的渗气率随着土样埋深的增大显著减小，而重塑黄土的渗气率随着取土深度的增加仅有微小的减小。渗气率ka不仅能描述

4、非饱和土孔隙结构特征，也能用于预测Kw。渗气率随着渗径的增大而减小，最终趋于稳定，原状和重塑黄土的稳定渗径均基本在8cm左右。ka和Kw间呈明显的双对数线性关系，不同深度的风干原状黄土和不同粒组的重塑土的lgka和lgKw间的相关性都比较明显，但风干原状黄土和重塑土之间的拟合公式有很大差异。另外，黏粒含量较高时，重塑土拟合直线的斜率β和截距α明显增大。不同含水率下，重塑土拟合公式有很大的差异，当含水率的较大时，随着干密度的增大ka的变化程度比Kw大，拟合直线的斜率β和截距α都有明显的减小。重塑马兰黄土干密度增大，单位体积内颗粒数量增多，大孔和中孔的分形维数增大，圆形度

5、减小，孔隙数量减少。原状风干土样埋深增大，大孔和中孔的孔隙面积、孔隙数量、孔隙平均直径明显减小；半对数线性模型可以消除Kw和ka与孔隙结构参数在量级上的差异，拟合效果更好。lgKw、lgka与e、e0之间都呈现较好的线性关系；含水率变化时，渗气率拟合直线的斜率和截距的变化规律更明显。重塑土由于制样均匀，因此曲线i的拟合度更高。而不同深度的原状黄土试样由于沉积过程造成的结构性的差异，致使其拟合度较重塑土偏低。关键词：渗气率；饱和渗透系数；含水率；双对数线性关系；孔隙结构参数；半对数线性模型iiAbstractAsanaturalfoundationandfillmate

6、rialfortheconstructionofloessarea,Malanloesshasadirectimpactonthestabilityoftheengineeringconstructionduetoitswaterandairpermeationcharacteristics.Inthisstudy,aseriesoftestsairpermeabilityondryintactloessandremouldedloessareaccomplishedbyusingimprovedZC-2015airpermeameterandTST-55permea

7、meter,samplesareexhumedfromHeifangtai,Yan'an,Chanriverprofile.combiningwiththemicroscopicelectronmicrographstesttodiscussthewaterandairpermeabilityandmicroscopicmechanismoftypicalMaLanloess.StudyingontherelationshipbetweenairpermeabilitykaandsaturatedpermeabilitycoefficientKw.F