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干湿循环对原状及重塑黄土渗透系数的影响分析

更新时间:2009-03-28

黄土是一种特殊的工程材料,广泛分布于我国西北地区。水分对黄土的性质影响很大。在天然含水率时,黄土具有良好的强度特性及较低的压缩性。但是,当黄土被水浸湿时,其强度及工程性质会急剧变差。干旱季节的降雨量较少,地下水得不到补充,水位降低。而在湿润季节,降雨量会显著增多,此时地下水位上升。黄土也会因此发生干湿交替循环变化而造成结构的改变,渗透性能和强度性能都会受到影响。黄土的稳定性会显著降低,严重时会影响建筑物的安全使用。目前,对于膨胀土干湿循环前后的性质变化,学者们做了很多研究。但是,对于黄土的干湿循环方面研究仍然较少。文献[1-2]在试验室模拟环境变化,然后用三轴试验分别测量干湿循环作用下的水泥、黏土、粉土的工程性质;文献[3-4]研究了石膏稳定土在冻融及干湿循环作用下的耐久性;文献[5-6]研究了扰动后的黄土地基在干湿循环作用后的回弹模量的变化情况及规律。本文以汉中略阳县的黄土为研究对象,采用理论研究与制样试验相结合的方法,研究原状黄土及重塑黄土在干湿循环作用下的渗透系数、孔隙率、和干密度的变化情况,可为建筑物的长期稳定性研究提供理论基础。

1 试验方法及试验原理

1.1 试样方法

本次试验原状土取自汉中市略阳县。在取土点处开挖一个土槽,其中宽为1.5 m,长为3.5 m,深为1 m。晾晒至黄土尽量风干,但又不至开裂。采用环刀法取10个原状土样。

重塑黄土是指经过人工开挖,填筑压实后的黄土。开挖及压实过程改变了黄土的结构。重塑黄土一般出现在路堤、边坡及填埋场等区域。取回的土自然晾干烘干后,测得含水率为1.6%。将其碾压研磨过筛后,按含水率15%洒水加湿。静置后分3次放入压实器进行压实。原状黄土的干密度为1.4 g/cm3,制作干密度为1.3 g/cm3~1.55 g/cm3的重塑土样10个。

将所制的原状土及重塑土样按照时间间隔为1 d、2 d、3 d、4 d、5 d、6 d,进行干湿循环试验。晾晒时间过长,会使得土样发生严重开裂,不利于试验的进行。因此,设计最大间隔时间为6 d。本次试验采用TST-55型渗透仪,采用变水头方法测量土样的渗透系数。按照土工标准试验方法,测量土样的干密度及含水率。干湿循环系数时间如表1所示。

 

表1 干湿循环试验时间

  

日期原状重塑日期原状重塑日期原状重塑8.24试验 9.3●9.13试验●8.25 9.4试验9.14●8.26试验试验9.5●9.15试验8.27●9.6●9.16●8.28试验9.7试验●9.17●8.29试验●9.8●9.18●8.30●9.9试验9.19●8.31试验9.10●9.20试验●9.1●9.11●9.21 ●9.2试验●9.12●9.22 试验

1.2 试验原理

试验初始时刻t1,水头为h1,经过dt时间后,t2时刻的水头变为h2。管内水头降低量为dh,则从 t1至 t2时刻,从管内流出,流入土中的水量为dQ,则

专家共识推荐:完善的术前检查与准备是保障手术安全和效果的前提,术前应详细了解患者身体状况、伴随疾病,并明确肿瘤的部位、大小、临床分期,以及有无上尿路肿瘤等并发疾病的存在。

dQ=-adh

(1)

同一时间作用在土样的水力梯度:

1.2.2 对照组 股静脉置管方法:实施股静脉穿刺的护士均为本科室两位住院医师,有1年以上置管经验。选择我国福尼亚公司生产的4 Fr单腔中心静脉导管,穿刺鞘22 G,采用塞丁格技术进行穿刺,对照组导管穿刺长度为18~20 cm,平均为(19.07±0.66)cm。

i=h/l

(2)

由达西定律可得:

 

(3)

两边同时积分并取对数可得:

 

(4)

式中:a为测压管横截面积;L为渗透路径;A为试样的横截面积;K为试样的饱和渗透系数;h为测压管水头。

环艺设计是我国园林设计拓展而来的,它是一门综合艺术设计类型,受到我国传统文化的影响,而我国环艺设计也呈现出诸多的特点,其中古典美是我国环艺设计中比较常见的表现形式,通过环艺设计中的古典美也可以表达出了中国传统文化的内涵。在新时期环境下,环艺设计更加注重古典美和功能性的糅合,这也正是本文主要研究的内容。

2 试验现象分析

土壤干湿循环试验中,由于土样的失水干缩,会在表面出现裂纹。由于土壤的质量损失,土样的空隙率会发生变化。渗透仪排气口排出的水会变浑浊,而重塑土样试验中流出的水较之原状土样更为浑浊。随着试验次数的增加,水样逐渐变清。

2.1 原位土试验现象

原状土的渗透系数随着干湿循环次数的增加变化显著,总体呈现减小趋势,这是由下述原因造成的:

 

表2 原状土样试验前后空隙率

  

土样编号Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9Y10初始空隙率/%44.5743.1948.2747.7844.1542.5539.3543.2644.2446.85试验后空隙率/%41.3240.6544.4445.8343.4741.9938.9742.6941.2346.67

干湿循环后,10个原状土样的空隙率都比初始空隙率小,最大减少幅度达到3.82%,最小减少幅度为0.19%。这主要是由于在土样吸水膨胀与失水干缩过程中,有部分细粒土填充了空隙,也改变了土的空间结构

试验过程中,在前4次干湿循环中,土表面的裂纹发展不明显。第5次、第6次循环后,土体出现不同程度的裂纹,其中环刀壁周围裂纹较多。最后一次循环结构后,土样颜色发白,这主要是由于第6次晾晒的时间长,使得土样失水过多。试验过程中,土样并未出现贯通性的裂缝。

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2.2 重塑土试验现象

(2)在经过长时间的干湿循环后,环刀中的黄土会出现干缩现象而出现裂缝,但在经过试验饱和后这类裂缝又消失了,也就是说干缩裂缝并未形成有效的过水通道。

从图1~图4可知,对于相同的取样点,黄土的干密度相差很小,但是初始渗透系数差距较大,有的甚至相差一个数量级。这说明同一区域的原状黄土的渗透性具有较大差异。即使干密度相同,初始渗透系数也有一定差异。经过一定的干湿循环次数后,黄土的渗透系数都表现为减少趋势。虽然前4次循环后,黄土的渗透系数变化不一致,但在后几次循环中,黄土变化趋势趋向于一致,且变化相对平稳,试验后土样的渗透系数相当接近,表现出较强的一致性。

较之原状土样,干湿循环试验中重塑土样的裂缝发育更为明显。每次循环试验后,土样表面均有裂纹出现,裂纹相对明显且分布面积非常大,不仅出现在土样及环刀壁之间,在土样中间也发育出了裂纹。试验过程中,土样的吸水膨胀及失水干缩现象发育明显。试验间隔时间越长,干缩现象越明显。不论是吸水状态还是失水状态,重塑土样的稳定性较之原状土样均有较大差距。

 

表3 重塑土样试验前后空隙率

  

式样编号C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10初始空隙率/%30.3236.938.8739.3932.0245.5635.0939.1233.2338.52试验后空隙率/%35.9938.839.8340.1739.3446.5740.2742.5241.9843.49

重塑土样经过干湿循环试验后空隙率较之初始孔隙率均有增大,其中,增长幅度最大的为8.74%,增长幅度最小的为0.78%。这与重塑土样相反,这主要是由于重塑土样本身结构不具有稳定性,在干湿循环过程中,土粒结构是动态变化的,这就使得空隙空间也随之变化。

(2)在干湿循环试验下,重塑黄土中的土体颗粒重新进行排列,有的空隙被微小的土颗粒填充,而在水的作用下有些之前未通的空隙得以连通,因此每次试验之后,重塑黄土渗透系数变化规律不强。

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3 干湿循环渗透试验结果及规律分析

3.1 原土样在干湿循环条件下渗透性结果及规律分析

在对10个原状土样进行干湿循环试验后,计算得出渗透系数如表4所示。

 

表4  原状土样试验前后渗透系数对比表 /(cm·s-1)

  

式样编号Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9Y10第1次2.78×10-51.59×10-59.29×10-53.87×10-514.31×10-54.61×10-510.78×10-54.56×10-510.53×10-53.9×10-5第7次1.24×10-50.84×10-53.36×10-53.01×10-53.74×10-54.56×10-53.85×10-53.14×10-54.92×10-51.14×10-5减小值1.54×10-50.75×10-55.93×10-50.86×10-510.57×10-50.05×10-56.93×10-51.42×10-55.61×10-52.76×10-5

土样初始渗透系数最大的是5号试件,最小的是2号试件。经过反复干湿循环试验后,10个原状土样的渗透系数均发生变化。除6号试件变化不大外,其他试件的渗透系数总体呈现下降趋势。

近年来,在病虫害防治措施方面,我国积极倡导了很多新的防治技术,如生物防治与物理防治技术。生物防治方式主要是通过对动植物的天敌加以充分的利用,来实现病虫害防治。物理防治方法主要是利用害虫的趋光性等,通过颜色、灯光等方式对害虫进行诱杀,具有良好的发展前景。

为了研究渗透系数与干密度的联系,在进行干湿循环试验时,测定了原状黄土的初始干密度和第7次渗透试验后土样的干密度,结果如表5所示。

 

表5 原状土样初始干密度和末次干密度对比表

  

式样编号Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9Y10初始干密度/(g·cm-3)1.3941.4251.3211.4181.3791.3011.4151.371.3591.396末次干密度/(g·cm-3)1.3951.4311.3261.4181.3461.2811.3641.3471.3221.381浮动变化率/%0.1150.4230.4280.0141.1651.5840.6431.7230.2630.898

土样的初始干密度虽不同,但差别不大,这主要是由于在同一个取土点取土。说明该取土点的黄土均质性较好,土的密实度较为一致,取样对土体本身的扰动较小。试验前后干密度均有变化。其中,变化最大的是8号试件,变动率为1.72%。变动率最小的是4号试件,变动率为0.014%。干密度变化幅度都不大,这也就是说天然状态下的黄土的干密度、密实度均处于稳定状态,经过反复干湿循环试验后,黄土的质量损失小,不会对黄土造成结构性损坏。由于干密度对土体的各项性质影响较大,可将初始干密度相近的土样分为一组进行研究。分组情况为Y1和Y10、Y2、Y4和Y7、Y5和Y8、Y3、Y6和Y9。渗透系数对比如图1、图2、图3和图4所示。

  

图1 Y1与Y10渗透系数对比             图2 Y2、Y4与Y7渗透系数对比

  

图3 Y5与Y8渗透系数对比             图4 Y3、Y6与Y9渗透系数对比

计算表明,库水位在正常蓄水位高程及枯水期水位时该库岸边坡上部覆盖层整体处于稳定状态,与现场调查过程中地表上未发现大型顺河向裂缝、滑移现象相吻合,不会对边坡上耕地及居民生产造成影响。

在试验开始及最后一次试验完成后,通过测量试验土样的含水率、体积、质量等相关物理性质,计算求得初始及末刻的空隙率,结果如表2所示。

(1)土样在经过干湿循环之后,原状土的结构会发生破坏,使得黄土颗粒的排布发生变化,因为黄土颗粒的重新排布会使得原来的孔隙以及微小裂缝被堵塞。

由于思想政治教育工作具有一定专业性、隐蔽性特点,且内容涉及范围广,稍不注意,就无法实现预期效果〔5〕。面对此种情况,各个大学要想在思想政治教育中顺利引入“中国梦”宣传教育,就需要遵循以下两方面原则:

重塑土样的初始孔隙率及试验后孔隙率如表3所示。

(3)黄土颗粒在反复的干湿循环作用下会发生体积变化,其中的易吸水物质在吸水后会体积膨胀,占据了饱和状态下土中进水通道的空间,使得渗透系数减小。

3.2 重塑土在干湿循环条件下渗透性结果及规律分析

在对10个重塑土样进行干湿循环试验后,经过计算可得出渗透系数,如表6所示。

这道题通过孟子和苏格拉底的法制观念切入,要求学生分析二者法制观念的不同,并且分析其各自的背景和历史价值,目的在于让学生明白:不同的政治经济文化背景决定了孟子和苏格拉底法制观念的不同,简言之:二者植根于不同的土壤。孟子强调“人伦至上”,而苏格拉底突出“法律至上”,二者都对中国和西方的法制发展产生了深远的影响,是人类思想史上的宝贵遗产,对今天我国的法制观念也具有一定的借鉴意义。

 

表6 重塑土样试验前后渗透系数对比表 /(cm·s-1)

  

式样编号C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10第1次2.16×10-51.46×10-56.09×10-53.43×10-53.17×10-53.55×10-54.93×10-54.29×10-520.58×10-53.24×10-5第7次2.26×10-53.76×10-54.44×10-54.28×10-514.05×10-510.83×10-54.01×10-59.7×10-514.06×10-511.57×10-5最小值-0.1×10-5-2.3×10-51.65×10-5-0.85×10-5-10.8×10-5-7.28×10-50.92×10-5-5.41×10-56.52×10-5-8.33×10-5

重塑土样初始渗透系数最大的是9号试件,最小的是2号试件。经过反复干湿循环试验后,10个原状土样的渗透系数均发生变化。除1号试件变化不大外,其他试件的渗透系数变化较大,变化规律不明显。但是就整个曲线的趋势而言,渗透系数走势是增大的。其中变化最大的是5号试样,变化最小的是1号试样。试验表明,干湿循环过程会对重塑黄土的渗透系数产生较大影响。在工程实际中,在降雨及其他排水的渗入及干燥的反复循环过程中,重塑土样会反复处于饱和、干燥、非饱和的状态中。水会改变土体的内部结构,使得土样颗粒重新排列,渗透性发生变化。

⑦要结合施工环境和条件,对管道闭水试验不便于管道全面安装完毕后进行的,可在施工中分段进行闭水试验。若用水压试验有困难,可采取气压试验。

为了研究渗透系数与干密度的关系,在进行干湿循环试验时,测定了重塑黄土的初始干密度和第7次渗透试验后土样的干密度。由于在试验中对土样有较多的扰动,无法对经过干湿循环试验的土样进行测试,只能选择测定第一次试验前取回的多余土样的含水率,结果如表7所示。

 

表7 重塑土样初始干密度和末次干密度对比表

  

式样编号C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10初始干密度/(g·cm-3)1.551.51.451.41.551.51.451.41.31.3末次干密度/(g·cm-3)1.521.481.441.411.521.481.351.371.261.25浮动变化率/%2.421.270.210.651.741.446.892.322.823.83

经过干湿循环试验后,重塑土样的干密度变化较之原状土样变化较大,其中,干密度变化最大的是7号试样,变化率为6.89%。变化最小的是3号试样,变化率为0.21%。重塑土样前期渗透试验中,从渗透仪排出的水较浑浊,但越往后排出的水越清澈。也就是说,重塑土样中的细粒土在试验过程中随着水流失,在初期流失的最严重,随着循环次数的增加,流失的土样逐渐减少,内部结构趋于稳定。

工程实际中,重塑土在初次遇水后质量损失较大,这与试验现象相符。为了研究重塑土体干密度与渗透系数的关系,将干密度接近的土体分为一组。分组情况为C1和C5、C2和C6、C3和C7、C4和C8、C9和C10共5组。对初始干密度相同的土样,每一组的渗透系数对比如图5、图6、图7、图8和图9所示。

  

图5 C1和C5渗透系数对比             图6 C2和C6渗透系数对比

  

图7 C3和C7渗透系数对比             图8 C4和C8渗透系数对比

  

图9 C9和C10渗透系数对比

从图5~图9可知,干密度相同的土样初始渗透系数差异不大,说明制样过程中土样的质量可以保证。C9、C10渗透系数差别较大,可能是因为制样过程中出现误差。对于5组不同的干密度,渗透系数随着干密度的增大而减小。也就是说重塑土的空隙度随着干密度增大而减小。干密度大的土样导水性较差。在干湿循环试验中,重塑土样遇水后,细粒土样流失过多,质量损失大,影响了土样的内部结构。随着循环次数的增加,重塑土样渗透系数总体呈现增长趋势。这主要是由于:

(1)重塑黄土是人工处理形成的土样结构,内部黄土颗粒的排列没有规律,空隙连通性差,初始的渗透系数较小。试验过程中,土样饱水过程缓慢,有的需要4 h~5 h才能饱水完成。

此类案件中,买卖双方基于买卖合同形成了以金钱给付为基础的债权债务关系,顾客对商家负有给付金钱的债务,商家对顾客享有收取价款的债权。[5]行为人偷换商家二维码致使商家丧失的是向顾客的价款请求权,实质上是一种债权,是典型的财产性利益,完全具备盗窃罪的对象要素。例如,2013年最高人民法院、最高人民检察院发布的《关于办理盗窃案件的司法解释》中第4条已将通讯电路、通信线路列入了盗窃罪的保护范围。可见,财产性利益作为盗窃罪的犯罪对象具有合理性和合法性。

作为财务管理人员,需要为医院制剂发展战略规划提供有效分析及资金保障,在进行医院预算编制时,提供制剂的研发投入、并对制剂的研发及使用制订完善的激励措施和考核机制。

(3)干湿循环试验越长,重塑黄土干缩现象越明显,在土样底部出现很多裂纹及裂缝,但未见贯穿性裂缝。与原状试样相比,干缩程度严重很多,裂缝的宽度及长度也大很多,这也是重塑黄土后期渗透系数变大的主要原因。

(4)黄土颗粒很小,渗透过程中部分土粒会随着土粒流失,同时土内的易溶性盐会溶于水中,使得黄土试样空隙变大,渗透性增加。

4 结 语

(1)根据干湿循环试验可得,处于同一取样点的土样的渗透系数有差别,最大的相差一个数量级。土样的渗透性与其所在的环境有关系,但仍具有较大随机性。

(2)在干湿循环试验中,原状土的渗透系数总体呈现减小趋势,而重塑土的渗透系数呈现增大趋势。经晾晒后的土样会因失水干缩而产生裂缝,重塑土的裂缝发育较之原状土明显严重。裂缝深度大,数量多。重塑土样干密度越小裂缝越宽。

(3)不论是天然黄土还是重塑黄土,在反复的干湿循环试验中,黄土的内部土粒结构均会发生改变,从而改变其空隙空间。在吸水与失水的反复作用下,黄土的表层及内部均出现不同程度的裂缝,在非饱和状态下,裂缝中空气会阻碍水分的运移,而黄土颗粒不会阻碍水分运移,裂缝会成为水分运移的优势通道。

(4)自然条件下,干湿循环作用会使黄土干缩形成裂隙,重塑黄土的渗透系数会增大,以农田传统灌溉方式、渠系供水、雨水汇集等形式的地表水很容易通过优势通道下渗进入地下水,抬升地下水位,会加速潜在滑坡发生的可能,重塑土边坡由于水土流失更容易形成冲沟和内部侵蚀,加速黄土滑坡和坍塌的发生。

参考文献

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付理想,梅岭
《洛阳理工学院学报(自然科学版)》2018年第01期文献

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