非饱和土的渗透函数试验研究及其应用

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1、分类号UDC密级学号060814010653矛挤争了，去军硕士学位论文学科名称:岩土工程................学科门类:工学....................曰...-.-.......-..指导教师:刘奉银副教授申请日期:2009年3月独创性声明秉承祖国优良道德传统和学校的严谨学风郑重申明:本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。「尽我所知，除特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人的研究成果。与我一同工作的同志对本文所研究的工作和成果的任何贡献均已在

2、论文中作了明确的说明并已致谢。本论文及其相关资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任论文作者抓.口叠鳌一‘咖!年;月如学位论文使用授权声明本人-孟丛公在导师的指导下创作完成毕业论文。本人已通过论文的答辩，并已经在西安理工大学申请博士/硕士学位。本人作为学位论文著作权拥有者，同意授权西安理工大学拥有学位论文的部分使用权，即:l)已获学位的研究生按学校规定提交印刷版和电子版学位论文，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生上交的学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索;2)为教学

3、和科研目的，学校可以将公开的学位论文或解密后的学位论文作为资料在图书馆、资料室等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。本人学位论文全部或部分内容的公布(包括刊登)授权西安理工大学研究生部办理。(保密的学位论文在解密后，适用本授权说明)雌~名二一叠些-，师签名:辈邂.一?，，月二日摘要专题业目:非饱和土的渗透函数试验研究及其应用岩土工程作者:张昭学生签名:指导教师:刘奉银副教授导师签名:摘要渗透函数和土水特征曲线是非饱和土领域的核心问题。本文在回顾了前人基于上述方面的研究现状后，利用试验、已有文献以及数值

4、计算，对考虑密度的非饱和土渗透函数，考虑应力的土水特征曲线，应用土水特征曲线来确定Barcelona模型的参数进行了研究，及其在边坡渗流问题的应用等方面进行了研究，得到如下新认识:1.利用改进的非饱和土水气运动联合测定仪对重塑非饱和黄土试样进行了不同增湿路径下的浸水试验，通过讨论不同的测定方法的影响提出了最合理方法，在此基础上讨论了增湿路径对水气两相渗透系数的影响，结果表明增湿路径对渗水系数影响较小，在后面构造渗透函数时可不必考虑其影响。在前面讨论的基础上分两条思路构造考虑密度变化的非饱和土渗透函数:一

5、条思路是利用归一化思想对不同干密度下的相对渗透系数与饱和度曲线进行归一化，最终提出了考虑密度变化的归一化渗透函数，并验证了该函数的适用性;另一条思路是利用干密度、渗气系数以及渗水系数3者间的关系建立考虑密度变化的渗气渗水函数，该函数即可间接确定渗水系数，又可定量描述非饱和土孔隙中水气运动之间的相互影响，同样通过验证试验亦表明该函数在=定范围内符合度较好。2.通过对已有文献中不同固结压力下土水特征曲线试验数据的再分析，在选取最优的土水特征曲线公式描述试验数据后，讨论了不同固结压力下土水特征曲线关键参数和公

6、式拟合参数间的关系，以及公式拟合参数随孔隙比的变化规律，进而通过孔隙比为纽带将固结压力和这些参数建立关系，最终得到了考虑固结压力影响的土水特征曲线公式。此外，本文还分析了不同固结压力下的土水特征曲线试验中的吸力一变形特性，发现SI屈服线随固结压力呈现线性递增再趋于不变的趋势，这与前人认为SI屈服线是水平直线的结论存在不同之处。3.本文对利用土水特征曲线预测Barcelona模型参数的方法进行了初步探索，借助模化土水特征曲线提出了对Barcelona模型参数预测的新型公式，通过对已有文献数据的预测，证明本

7、文公式的预测精度较好，为以后建立考虑应力状态和增、减湿路径影响的非饱和土本构模型迈出了第一步。4.由于时间和笔者能力有限，前面所提出的渗透函数和土水特征曲线未能应用到饱西安理工大学硕士学位论文和一非饱和渗流有限元计算中，故本文在数值计算中利用了与计算软件较为匹配的土水特征曲线和渗透函数预测方法，对一土坡模型分别进行了稳态和瞬态条件下的降雨入渗数值试验，结果表明:在稳态条件下，影响土中吸力保持的首要因素是降雨强度与饱和渗透系数之比;在瞬态条件下，孔隙水压力沿边坡深度的分布取决于降雨强度、饱和渗透系数、土水

8、特征曲线和贮水函数。当土的渗透系数较低而贮水系数较高时，负孔隙水压力(基质吸力)需要很长时间方可消散，即使降雨强度大于或等于饱和渗透量时也是如此。关键词:非饱和土，渗透系数函数，土水特征曲线，本构模型，吸力，降雨入渗本研究得到国家自然科学基金(编号:10872162)和陕西省黄土力学与工程重点实验室基金(编号:05JS33)的资助lAbstraetSubjeCt:EXPE租MENTALINVESTIGATIONOFPEARMEABILITY