CN115144560B - 一种冻土多向基质吸力和导水系数测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种冻土多向基质吸力和导水系数测试方法，通过模型试验量化加载过程中不同方向应力传递的差异，通过量化的应力路径差异采用等效加载方式实现不同方向试样的制备，进而测定不同方向试样的基质吸力并确定冻结特征曲线，结合状态含量组成的一致性条件给出了冻土土水特征曲线，以及基于土水特征曲线的冻土导水系数预测方法。本发明的效果是提供的方法实现了各向异性土样的异位制备，能够测定冻土的冻结特征曲线、冻土的土水特征曲线和导水系数。该方法克服了原位取样的易损性、数据离散性等不足，显著提升了冻土基质吸力和导水系数测试的准确性。
Description
技术领域
本发明属于环境岩土工程技术领域，特别涉及一种冻土多向基质吸力和导水系数测试方法。
背景技术
土体存在明显的各向异性特征，不同方向的土体在渗透系数、导热系数等方面均存在差异。测试土体各向的渗透系数等参数，对于提升水分场预测精度具有重要作用。一般情况下，各向异性特征的土体需要取原状样进行测试，由于原状土取样过程中易扰动从而改变其原始状态，同时，原状土样的试验结果也因取样点不同而存在较大差异。相较于常温土体的渗透系数测试，由于水分脱离颗粒或者原始位置后会冻结，从而无法通过施加水头或气压的方式直接测试冻土的导水系数。因而，现有文献中提供的冻土导水系数均是基于理论计算或者等效测试获取的。基质吸力是表征土中有效应力和土中水自由能态的重要参数，受冻土排水量难以观测且宏观上的水分封闭影响，负温状态下的基质吸力不能采用压力板仪等方式获取。冻结特征曲线和土水特征曲线是表征的冻土不同的水力性质，冻结特征曲线是土中颗粒一定状态下，土中水分逐渐变成冰体过程中的吸力变化；而冻土的土水特征曲线是冻土中固相(颗粒和冰体)一定条件下，未冻水排出过程中的吸力变化。
因此，现有冻土多向基质吸力和导水系数测试存在的不足主要是：(1)原状样取样困难且无法制备具有各向异性特征的试样；(2)现有的轴平移测试技术无法应用于负温土样；(3)无法区分冻结特征曲线和冻土的土水特征曲线。
可见，给出能够克服上述不足的技术方法，实现冻土中各向基质吸力和导水系数的测试，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明提供的一种冻土多向基质吸力和导水系数测试方法，以至少解决上述技术问题；
为了解决上述问题，本发明的第一方面提供一种冻土多向基质吸力和导水系数测试方法，所述测试方法包括：将预设密度以及预设含水率的土体填入圆柱形模型桶中；当所述土体达到所述圆柱形模型桶的内部的预设高度时，将三维土压力盒埋入模型桶中并继续填筑土体直至整个模型桶内全部填满土体；向圆柱形模型桶内施加竖向压力；监测所述圆柱形模型桶内的三维应力状态，并获取模型桶的竖向变形压力数值；依据所述竖向变形压力数值计算得到用于表示所述冻土多向基质吸力以及土体的导水系数。
在第一方面中，所述将预设密度以及预设含水率的土体填入圆柱形模型桶中包括：采用尺寸为D×H＝60cm×60cm的圆柱形模型桶，将模型桶的体积扣除三维土压力盒的体积后，将干密度ρd含水率w的土体采用分层密实法填入所述圆柱形模型桶中；待填筑高度达到模型桶中间位置时，将三维土压力盒埋入模型桶中并继续填筑土体直至整个模型桶内全部填满土体；所述向圆柱形模型桶内施加竖向压力；监测所述圆柱形模型桶内的三维应力状态，并获取模型桶的竖向变形压力数值，当所述土体达到所述圆柱形模型桶的内部的预设高度时，将三维土压力盒埋入模型桶中并继续填筑土体直至整个模型桶内全部填满土体包括：采用圆形加载板在模型桶的上部施加竖向力Pi，并监测试验过程中模型桶中的三维应力状态[σi]＝[σx,σy,σz,τxy,τyz,τzx]T和模型桶的竖向变形Li，直至Li对应的干密度ρd-i＝(ρdH)/(H-Li)达到目标干密度ρd-e时用销钉固定圆形加载板以保持土体干密度维持在ρd-e。
1)采用尺寸为D×H＝60cm×60cm的圆柱形模型桶，将模型桶的体积扣除三维土压力盒的体积后，将干密度ρd含水率w的土体采用分层密实法填入所述圆柱形模型桶中；待填筑高度达到模型桶中间位置时，将三维土压力盒埋入模型桶中并继续填筑土体直至整个模型桶内全部填满土体；
2)采用圆形加载板在模型桶的上部施加竖向力Pi，并监测试验过程中模型桶中的三维应力状态[σi]＝[σx,σy,σz,τxy,τyz,τzx]T和模型桶的竖向变形Li，直至Li对应的干密度ρd-i＝(ρdH)/(H-Li)达到目标干密度ρd-e时用销钉固定圆形加载板以保持土体干密度维持在ρd-e；
3)依据公式(1)计算j方向的正应力σj，公式(1)为：
公式(1)中，σj为j方向的正应力；σx、σy、σz、τxy、τyz、τzx分别为土的三个正应力和三个剪应力；lj、mj、nj为j方向的方向余弦；
4)依据公式(2)计算j方向与竖向应力σz的比值K0-j，公式(2)为：
公式(2)中，K0-j为j方向与竖向应力σz的比值；σj为j方向的正应力；σz为竖向应力；
5)依据公式(3)计算附加应力折减系数α，公式(3)为：
公式(3)中，α为附加应力折减系数；Pi为上部施加竖向力；σz为竖向应力；
6)依据步骤1)～5)设置不同方向j、不同干密度ρd、不同含水率w的实验，每个方向同一干密度下应设置不少于5个含水率，其中最大含水率应取土样饱和时的含水率Wmax，Wmax的计算公式为：
公式(4)中，Wmax为土样饱和时的含水率；ρw为水的密度；ρd为土的干密度；Gs为土的颗粒比重；
7)依据步骤6)的实验设置，开展j方向同一干密度下5个含水率土样的实验，依据含水率预先进行基质吸力传感器的湿度粗平衡；随后采用 D×H＝6cm×12cm的圆柱形模型桶，将模型桶的体积扣除基质吸力传感器的体积后，将干密度ρd含水率w的土体采用分层密实法填入所述圆柱形模型桶中，填土过程中将基质吸力传感器埋设至模型桶中间；
8)采用D×H＝6cm×12cm的圆柱形模型桶，依据步骤7)所述将干密度ρd含水率w的土体采用分层密实法填入所述圆柱形模型桶中；填土完成后将土体温度-含水率测试传感器通过圆柱形模型桶底部插入模型桶中；
9)在步骤7)、8)制备完成的模型通试样，在D×H＝6cm×12cm的圆柱形模型桶上部施加荷载Pij，其中Pij采用公式(5)确定，公式(5)为：
Pij＝Pi·K0-j·α (5)
公式(5)中，Pij为j方向圆柱形模型桶上部应施加的荷载；Pi为圆形加载板在模型桶的上部施加竖向力，依据步骤2)确定；K0-j为j方向与竖向应力σz的比值；α为附加应力折减系数；
10)施加荷载Pij完成后，将步骤7)、8)制备完成的试样置于温度为Tk的恒温箱体中，分别采用基质吸力传感器和温度-含水率测试传感器记录基质吸力Uk和含水率Wuk随温度Tk的变化；
11)针对同一方向同一干密度含水率为Wmax的土样，以基质吸力Uk为横轴、以含水率Wuk为纵轴，绘制基质吸力Uk-含水率Wuk曲线，即为土的冻结特征曲线；
12)针对同一方向同一干密度不同含水率的土样，依据公式(6)计算含冰量We，公式(6)为：
We＝w-Wuk (6)
公式(6)中，We为土的含冰量；w为土的制样含水率；Wuk为Tk温度下的含水率；
13)依据相同干密度、相同含冰率的土样测试结果，以基质吸力Uk为横轴、以含水率Wuk为纵轴，绘制基质吸力Uk-含水率Wuk曲线，即为冻土的土水特征曲线；同时，将含水率Wuk转化为土体饱和度Sr＝(Wmax-Wuk)/Wmax，并以基质吸力Uk为横轴、土体饱和度Sr为纵轴，绘制基质吸力Uk-含水率Sr曲线，即为冻土饱和度相关的土水特征曲线；
14)依据步骤13)确定的土水特征曲线，结合公式(7)计算冻土j方向的导水系数Kj，公式(7)为：
公式(7)中，Kj为冻土j方向的导水系数；Ksat为干密度相同土体在j方向的渗透系数；Uk0为冻土基质吸力的进气值，为含水率接近Wmax时土的基质吸力开始变化值，依据步骤13)确定的冻土的土水特征曲线确定；Uk为Tk温度下的冻土基质吸力；λ为冻土饱和度相关的土水特征曲线斜率的负值，依据步骤13) 中的冻土饱和度相关的土水特征曲线确定。
有益效果：本发明提出了一种冻土多向基质吸力和导水系数测试方法，该方法实现了各向异性土样的异位制备，能够测定冻土的冻结特征曲线、冻土的土水特征曲线和导水系数。克服了原位取样的易损性、数据离散性等不足，显著提升了冻土基质吸力和导水系数测试的准确性。精度的提升能够最大限度降低寒区工程建设中水-热-力多场耦合的预测误差，为季节冻土区堆填场、土工结构的水分场预测和水分迁移研究提供基础参数。
具体实施方式
下面将对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的一种冻土多向基质吸力和导水系数测试方法的原理是：通过模型试验量化加载过程中不同方向应力传递的差异，通过量化的应力路径差异采用等效加载方式实现不同方向试样的制备，进而测定不同方向试样的基质吸力并确定冻结特征曲线，结合状态含量组成的一致性条件给出了冻土土水特征曲线，以及基于土水特征曲线的冻土导水系数预测方法。
本发明的一种冻土多向基质吸力和导水系数测试方法，包括以下步骤：
1)采用尺寸为D×H＝60cm×60cm的圆柱形模型桶，将模型桶的体积扣除三维土压力盒的体积后，将干密度ρd含水率w的土体采用分层密实法填入所述圆柱形模型桶中；待填筑高度达到模型桶中间位置时，将三维土压力盒埋入模型桶中并继续填筑土体直至整个模型桶内全部填满土体；
2)采用圆形加载板在模型桶的上部施加竖向力Pi，并监测试验过程中模型桶中的三维应力状态[σi]＝[σx,σy,σz,τxy,τyz,τzx]T和模型桶的竖向变形Li，直至Li对应的干密度ρd-i＝(ρdH)/(H-Li)达到目标干密度ρd-e时用销钉固定圆形加载板以保持土体干密度维持在ρd-e；
3)依据公式(1)计算j方向的正应力σj，公式(1)为：
公式(1)中，σj为j方向的正应力；σx、σy、σz、τxy、τyz、τzx分别为土的三个正应力和三个剪应力；lj、mj、nj为j方向的方向余弦；
4)依据公式(2)计算j方向与竖向应力σz的比值K0-j，公式(2)为：
公式(2)中，K0-j为j方向与竖向应力σz的比值；σj为j方向的正应力；σz为竖向应力；
5)依据公式(3)计算附加应力折减系数α，公式(3)为：
公式(3)中，α为附加应力折减系数；Pi为上部施加竖向力；σz为竖向应力；
6)依据步骤1)～5)设置不同方向j、不同干密度ρd、不同含水率w的实验，每个方向同一干密度下应设置不少于5个含水率，其中最大含水率应取土样饱和时的含水率Wmax，Wmax的计算公式为：
公式(4)中，Wmax为土样饱和时的含水率；ρw为水的密度；ρd为土的干密度；Gs为土的颗粒比重；
7)依据步骤6)的实验设置，开展j方向同一干密度下5个含水率土样的实验，依据含水率预先进行基质吸力传感器的湿度粗平衡；随后采用 D×H＝6cm×12cm的圆柱形模型桶，将模型桶的体积扣除基质吸力传感器的体积后，将干密度ρd含水率w的土体采用分层密实法填入所述圆柱形模型桶中，填土过程中将基质吸力传感器埋设至模型桶中间；
8)采用D×H＝6cm×12cm的圆柱形模型桶，依据步骤7)所述将干密度ρd含水率w的土体采用分层密实法填入所述圆柱形模型桶中；填土完成后将土体温度-含水率测试传感器通过圆柱形模型桶底部插入模型桶中；
9)在步骤7)、8)制备完成的模型通试样，在D×H＝6cm×12cm的圆柱形模型桶上部施加荷载Pij，其中Pij采用公式(5)确定，公式(5)为：
Pij＝Pi·K0-j·α (5)
公式(5)中，Pij为j方向圆柱形模型桶上部应施加的荷载；Pi为圆形加载板在模型桶的上部施加竖向力，依据步骤2)确定；K0-j为j方向与竖向应力σz的比值；α为附加应力折减系数；
10)施加荷载Pij完成后，将步骤7)、8)制备完成的试样置于温度为Tk的恒温箱体中，分别采用基质吸力传感器和温度-含水率测试传感器记录基质吸力 Uk和含水率Wuk随温度Tk的变化；
11)针对同一方向同一干密度含水率为Wmax的土样，以基质吸力Uk为横轴、以含水率Wuk为纵轴，绘制基质吸力Uk-含水率Wuk曲线，即为土的冻结特征曲线；
12)针对同一方向同一干密度不同含水率的土样，依据公式(6)计算含冰量We，公式(6)为：
We＝w-Wuk (6)
公式(6)中，We为土的含冰量；w为土的制样含水率；Wuk为Tk温度下的含水率；
13)依据相同干密度、相同含冰率的土样测试结果，以基质吸力Uk为横轴、以含水率Wuk为纵轴，绘制基质吸力Uk-含水率Wuk曲线，即为冻土的土水特征曲线；同时，将含水率Wuk转化为土体饱和度Sr＝(Wmax-Wuk)/Wmax，并以基质吸力Uk为横轴、土体饱和度Sr为纵轴，绘制基质吸力Uk-含水率Sr曲线，即为冻土饱和度相关的土水特征曲线；
14)依据步骤13)确定的土水特征曲线，结合公式(7)计算冻土j方向的导水系数Kj，公式(7)为：
公式(7)中，Kj为冻土j方向的导水系数；Ksat为干密度相同土体在j方向的渗透系数；Uk0为冻土基质吸力的进气值，为含水率接近Wmax时土的基质吸力开始变化值，依据步骤13)确定的冻土的土水特征曲线确定；Uk为Tk温度下的冻土基质吸力；λ为冻土饱和度相关的土水特征曲线斜率的负值，依据步骤13) 中的冻土饱和度相关的土水特征曲线确定。
总地来说，本发明具有以下技术效果：1、提供了一种异位制备各向异性土体的试验方法；2、提供了冻结特征曲线和冻土土水特征曲线之间的换算方法；3、提供了一种测定冻土各向土水特征曲线和导水系数的方法。
最后应说明的是：以上上述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (1)
1.一种冻土多向基质吸力和导水系数测试方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)采用尺寸为D×H＝60cm×60cm的圆柱形模型桶，将模型桶的体积扣除三维土压力盒的体积后，将干密度ρd含水率w的土体采用分层密实法填入所述圆柱形模型桶中；待填筑高度达到模型桶中间位置时，将三维土压力盒埋入模型桶中并继续填筑土体直至整个模型桶内全部填满土体；
2)采用圆形加载板在模型桶的上部施加竖向力Pi，并监测试验过程中模型桶中的三维应力状态[σi]＝[σx,σy,σz,τxy,τyz,τzx]T和模型桶的竖向变形Li，直至Li对应的干密度ρd-i＝(ρdH)/(H-Li)达到目标干密度ρd-e时用销钉固定圆形加载板以保持土体干密度维持在ρd-e；
3)依据公式(1)计算j方向的正应力σj，公式(1)为：
公式(1)中，σj为j方向的正应力；σx、σy、σz、τxy、τyz、τzx分别为土的三个正应力和三个剪应力；lj、mj、nj为j方向的方向余弦；
4)依据公式(2)计算j方向正应力σj与竖向应力σz的比值K0-j，公式(2)为：
公式(2)中，K0-j为j方向正应力σj与竖向应力σz的比值；σj为j方向的正应力；σz为竖向应力；
5)依据公式(3)计算附加应力折减系数α，公式(3)为：
公式(3)中，α为附加应力折减系数；Pi为上部施加竖向力；σz为竖向应力；
6)依据步骤1)～5)设置不同方向j、不同干密度ρd、不同含水率w的实验，每个方向同一干密度下应设置不少于5个含水率，其中最大含水率应取土样饱和时的含水率Wmax，Wmax的计算公式为：
公式(4)中，Wmax为土样饱和时的含水率；ρw为水的密度；ρd为土的干密度；Gs为土的颗粒比重；
7)依据步骤6)的实验设置，开展j方向同一干密度下5个含水率土样的实验，依据含水率预先进行基质吸力传感器的湿度粗平衡；随后采用D×H＝6cm×12cm的圆柱形模型桶，将模型桶的体积扣除基质吸力传感器的体积后，将干密度ρd含水率w的土体采用分层密实法填入所述圆柱形模型桶中，填土过程中将基质吸力传感器埋设至模型桶中间；
8)采用D×H＝6cm×12cm的圆柱形模型桶，依据步骤7)所述将干密度ρd含水率w的土体采用分层密实法填入所述圆柱形模型桶中；填土完成后将土体温度-含水率测试传感器通过圆柱形模型桶底部插入模型桶中；
9)在步骤7)、8)制备完成的模型桶试样，在D×H＝6cm×12cm的圆柱形模型桶上部施加荷载Pij，其中Pij采用公式(5)确定，公式(5)为：
Pij＝Pi·K0-j·α (5)
公式(5)中，Pij为j方向圆柱形模型桶上部应施加的荷载；Pi为圆形加载板在模型桶的上部施加竖向力，依据步骤2)确定；K0-j为j方向正应力σj与竖向应力σz的比值；α为附加应力折减系数；
10)施加荷载Pij完成后，将步骤7)、8)制备完成的试样置于温度为Tk的恒温箱体中，分别采用基质吸力传感器和温度-含水率测试传感器记录基质吸力Uk和含水率Wuk随温度Tk的变化；
11)针对同一方向同一干密度含水率为Wmax的土样，以基质吸力Uk为横轴、以含水率Wuk为纵轴，绘制基质吸力Uk-含水率Wuk曲线，即为土的冻结特征曲线；
12)针对同一方向同一干密度不同含水率的土样，依据公式(6)计算含冰量We，公式(6)为：
We＝w-Wuk (6)
公式(6)中，We为土的含冰量；w为土的制样含水率；Wuk为Tk温度下的含水率；
13)依据相同干密度、相同含冰率的土样测试结果，以基质吸力Uk为横轴、以含水率Wuk为纵轴，绘制基质吸力Uk-含水率Wuk曲线，即为冻土的土水特征曲线；同时，将含水率Wuk转化为土体饱和度Sr＝(Wmax-Wuk)/Wmax，并以基质吸力Uk为横轴、土体饱和度Sr为纵轴，绘制基质吸力Uk-土体饱和度Sr曲线，即为冻土饱和度相关的土水特征曲线；
14)依据步骤13)确定的土水特征曲线，结合公式(7)计算冻土j方向的导水系数Kj，公式(7)为：
公式(7)中，Kj为冻土j方向的导水系数；Ksat为干密度相同土体在j方向的渗透系数；Uk0为冻土基质吸力的进气值，为含水率接近Wmax时土的基质吸力开始变化值，依据步骤13)确定的冻土的土水特征曲线确定；Uk为Tk温度下的冻土基质吸力；λ为冻土饱和度相关的土水特征曲线斜率的负值，依据步骤13)中的冻土饱和度相关的土水特征曲线确定。
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2592915C1 (ru) * | 2015-06-20 | 2016-07-27 | Федеральное государственное бюджетное Учреждение науки - Институт мерзлотоведения им.П.И.Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук | Способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах |
| CN110399665A (zh) * | 2019-07-16 | 2019-11-01 | 湖北工业大学 | 一种预测土水特征曲线滞回行为的方法 |
| CN110849792A (zh) * | 2019-12-16 | 2020-02-28 | 兰州大学 | 包气带盐渍土导水系数与水土参数的测试装置及方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4955237A (en) * | 1989-06-07 | 1990-09-11 | Takenaka Corp | Method and apparatus for measurement of in-situ horizontal stress by freezing of the ground in-situ |
| CN102135513B (zh) * | 2011-01-04 | 2013-08-07 | 刘波 | 冻土未冻水含量的测试方法 |
| JP5911077B2 (ja) * | 2012-06-25 | 2016-04-27 | 国立大学法人名古屋大学 | 空気と水と土骨格の連成計算装置および連成計算方法並びに連成計算プログラム |
| CN104730100B (zh) * | 2015-03-05 | 2017-08-11 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 | 一种测试含水多孔介质在冻融过程中水热变化特征的装置 |
| CN105910941B (zh) * | 2016-04-12 | 2018-10-23 | 天津城建大学 | 基于压力板仪的冻土未冻水含量的测试方法 |
| CN110031608A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-07-19 | 西南交通大学 | 多年冻土冻胀融沉特性试验装置及其试验方法 |
-
2022
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2592915C1 (ru) * | 2015-06-20 | 2016-07-27 | Федеральное государственное бюджетное Учреждение науки - Институт мерзлотоведения им.П.И.Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук | Способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах |
| CN110399665A (zh) * | 2019-07-16 | 2019-11-01 | 湖北工业大学 | 一种预测土水特征曲线滞回行为的方法 |
| CN110849792A (zh) * | 2019-12-16 | 2020-02-28 | 兰州大学 | 包气带盐渍土导水系数与水土参数的测试装置及方法 |
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