非饱和重塑膨胀土的水力特性与细观结构关联解析：基于多维度试验研究.docxVIP

非饱和重塑膨胀土的水力特性与细观结构关联解析：基于多维度试验研究

一、绪论

1.1研究背景与意义

非饱和重塑膨胀土作为一种特殊的土体，在工程建设中广泛存在且扮演着关键角色。其独特的性质使得在各类工程应用中，如道路、桥梁、建筑地基以及水利设施等，都需要对其进行深入研究。膨胀土具有显著的胀缩特性，当含水量发生变化时，土体体积会随之膨胀或收缩，这种特性会对工程结构的稳定性和耐久性产生严重影响。而重塑膨胀土是经过人工扰动后的膨胀土，其工程性质与天然膨胀土有所不同，在工程实践中同样面临诸多挑战。

研究非饱和重塑膨胀土的水力特性，有助于深入理解水分在土体中的迁移规律。水分的迁移不仅影响土体的含水量分布，还会导致土体的力学性质发生改变。例如，当土体吸水膨胀时，会产生膨胀力，可能对基础等结构物造成上抬破坏；而土体失水收缩则可能导致裂缝的产生，降低土体的强度和稳定性。掌握水力特性能够为工程中合理控制水分、预防因水分变化引发的工程病害提供理论依据。

细观结构是决定土体宏观性质的内在因素。通过研究非饱和重塑膨胀土的细观结构，如孔隙大小、形状、分布以及颗粒间的接触方式等，可以从微观层面揭示土体性质的本质。这对于建立准确的本构模型、预测土体的力学行为以及优化工程设计具有重要意义。在地基设计中，基于对细观结构的认识，可以更好地评估土体的承载能力和变形特性，从而采取合适的地基处理措施，确保工程的安全与稳定。因此，开展非饱和重塑膨胀土的水力特性和细观结构试验研究，对于解决工程实际问题、保障工程质量和安全具有至关重要的意义。

1.2国内外研究现状

1.2.1非饱和土体的水力特性研究进展

在非饱和土体水力特性研究领域，国内外学者取得了一系列重要成果。徐铁等人通过对非饱和重塑膨胀土样品的试验研究，发现吸附含水量和饱和度对土样的水力特性影响显著。当吸附含水量逐渐增加时，土样的孔隙率和压缩性能逐渐下降，同时土样的压缩系数和液态传导机理的抗力系数也会发生变化。这表明吸附含水量和饱和度是影响非饱和重塑膨胀土水力特性的关键因素之一。

钟玉等人的试验表明，孔隙水压力对非饱和重塑膨胀土的剪切模量及其相应的切变强度值有重要影响。当孔隙水压力逐渐增加时，非饱和重塑膨胀土的剪切模量及其相应的切变强度值逐渐下降，这表明该种土体在一定程度上具有非线性的动态设计特性。另外，当孔隙水压力超过一定的阈值时，非饱和重塑膨胀土就会发生一定程度的液化变性现象，从而导致土样的抗剪切强度发生急剧下降。这说明孔隙水压力的变化会对非饱和重塑膨胀土的力学性能和水力特性产生重要影响。

赵玉宏等学者研究了非饱和重塑膨胀土湿度和强度的关系，试验结论显示：随着湿度的逐渐增加，重塑膨胀土的初始抗剪切强度值逐渐下降，同时土样的孔隙率和含水率呈现出增加的趋势。这表明重塑膨胀土的强度参数与湿度存在着密切的联系，湿度的变化会引起土体强度和孔隙结构的改变，进而影响其水力特性。

1.2.2细观结构研究现状

在细观结构研究方面，众多学者也进行了深入探讨。何小伟等人通过对不同孔隙和颗粒尺度重塑膨胀土的试验研究发现，土体的孔隙系统中会存在一些内聚力，当孔隙和颗粒尺度变小时能够弥补土体强度的流失，同时也可能增加土体的抗剪切能力。这说明孔隙和颗粒尺度是影响土体细观结构和力学性能的重要因素。

李崇阳等人在非饱和重塑膨胀土的微观结构研究中发现，颗粒形状对孔隙系统的分布和排布存在着很大的影响。当土体颗粒形态具有较大尺寸偏差和整体结构的非对称性时，其孔隙系统中会存在比较多的隙缝和孔道，从而导致土体的孔隙率和含水率逐渐上升，对土体的力学和水力特性也会造成重要影响。这表明颗粒形状是影响非饱和重塑膨胀土细观结构和性质的关键因素之一。

1.3研究内容与方法

本文主要研究不同因素对非饱和重塑膨胀土水力特性和细观结构的影响。具体包括：研究吸附含水量、饱和度、孔隙水压力等因素对非饱和重塑膨胀土水力特性的影响规律；分析孔隙和颗粒尺度、颗粒形状等细观结构因素对非饱和重塑膨胀土性质的影响；探究非饱和重塑膨胀土水力特性与细观结构之间的内在联系。

拟采用三轴试验研究非饱和重塑膨胀土在不同应力状态下的力学特性和水力特性，通过控制围压、吸力等试验条件，获取土体的应力-应变关系、体积变化以及渗透系数等参数。利用扫描电镜试验观察非饱和重塑膨胀土的细观结构，分析孔隙大小、形状、分布以及颗粒间的接触方式等特征，为研究土体的宏观性质提供微观依据。还将结合压汞试验等手段，进一步深入研究土体的孔隙结构和孔径分布，全面揭示非饱和重塑膨胀土的水力特性和细观结构特征。

二、非饱和重塑膨胀土的基本特性

2.1非饱和土的定义与特点

非饱和土是指土体孔隙中同时含有水和气体的土，其孔隙并非完全被水充满。与饱和土相比，非饱和土具有一系列独特的特点。

从微观结构来看，非饱和土的孔隙中存在