花岗岩残积土渗蚀特性及溶液效应试验研究

论文摘要

深圳市在进行大规模基础建设的同时,也导致大量工程隐患问题埋于地下。统计表明,地下管道渗漏而引起的土体渗流侵蚀现象是诱发地下空洞出现以及土层结构强度下降的主要原因。此外,分布有大面积花岗岩残积土的区域发生地陷事故的比例较大。考虑到目前对花岗岩残积土的渗蚀特性的研究较少,以及城市地下管道溶液环境复杂,因此有必要将溶液电解质浓度以及p H值作为因素,深入研究花岗岩残积土的渗蚀特性以及溶液效应对于土体渗蚀表现的影响。为了研究花岗岩残积土渗蚀特性及溶液环境效应,研制了一套大尺寸三轴渗流试验装置(直径×高=150 mm×300 mm)以及三轴渗流试验采集系统。三轴渗流装置不仅可以模拟土体在现场环境中所受到的应力状态,还能通过局部传感器捕获各位置处的孔隙水压力信息。新研制的出流收集装置不但具有实时收集出流细颗粒质量以及出流液体积信息的能力,还能通过外部供给气压的方式对试样进行反压饱和。利用上述装置研究了在竖向渗流方向下,花岗岩残积土的渗蚀特性以及溶液效应的影响。试验结果表明,花岗岩残积土的渗蚀发展模式可以划分为三阶段进行描述。在渗流稳定阶段,土体渗透系数稳定,变形以及渗蚀量较小,各位置处局部水力梯度分布均匀,反映出此时土体结构稳定。在颗粒起动迁移阶段,细颗粒开始随渗滤液流动,因此土体的变形以及出流细颗粒质量都出现突增。随着细颗粒迁移的进一步发展,土体开始出现堵塞现象,土体结构趋向稳定。在渗蚀发展阶段,土体的渗透系数、变形以及细颗粒流失显著增大。结合土体的局部渗透系数变化信息,发现此发展模式受细颗粒的迁移与堵塞影响。改变溶液电解质浓度或者p H值并没有影响花岗岩残积土的渗蚀发展模式。向渗滤液中加入电解质后,土体的渗透系数、变形以及渗蚀量减少,同时特征水力梯度增大,当渗滤液偏向碱性时,土体的渗透系数、变形以及渗蚀量增加,而特征水力梯度减小。结合相关化学分析可知,在普通水以及碱性环境下,黏粒的结合水膜厚度较大,从而减小了颗粒之间发生相对运动时所受到的阻力,因此颗粒发生迁移时所需要的渗流力降低,土体抵抗渗流侵蚀的能力减弱。

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Abstract

第1章绪论

1.1 课题背景及研究目的和意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.2.1 土体的渗流稳定性

1.2.2 土体的渗蚀特性

1.2.3 溶液环境对土体渗流稳定性的影响

1.2.4 渗透仪装置的研制

1.2.5 花岗岩残积土的特性

1.2.6 研究现状总结

1.2.7 主要研究内容

1.2.8 技术路线

第2章试验仪器介绍及试验方案

2.1 引言

2.2 试验装置

2.2.1 三轴渗透装置

2.2.2 渗流/加载系统

2.2.3 压力供水系统

2.2.4 出流收集系统

2.2.5 气压供给系统

2.2.6 一体化采集系统

2.3 试验步骤

2.3.1 试样的准备

2.3.2 试样的饱和

2.3.3 试样的固结

2.3.4 土样的渗流侵蚀

2.3.5 数据的记录及处理

2.4 试验用土级配及土体渗流稳定性判断

2.4.1 试验用土的基本物理性质及级配

2.4.2 土体渗流稳定性判断

2.5 三轴渗透装置性能检测

2.5.1 乳胶膜开孔后的密闭效果检测

2.5.2 局部传感器效果检验

2.5.3 出流收集装置效果检验

2.5.4 重复性试验条件

2.5.5 检验结果分析

2.6 试验方案及参数

2.7 本章小结

第3章花岗岩残积土的渗蚀特性

3.1 引言

3.2 花岗岩残积土的渗蚀特性结果分析

3.2.1 土样渗流速度以及渗透系数变化

3.2.2 土体的变形信息

3.2.3 土体的孔隙比变化以及细颗粒流失情况

3.2.4 土样的局部水力梯度以及局部渗透系数变化信息

3.2.5 土体的特征水力梯度

3.3 本章小结

第4章溶液效应对花岗岩残积土渗蚀特性的影响

4.1 引言

4.2 电解质浓度的影响

4.2.1 土样渗流速度以及渗透系数变化规律

4.2.2 土样的变形信息

4.2.3 土样孔隙比变化以及细颗粒流失情况

4.2.4 土样的局部水力梯度以及局部渗透系数变化

4.3 渗滤液pH值的影响

4.3.1 土体渗流速度以及渗透系数变化信息

4.3.2 土样的变形信息

4.3.3 土样的孔隙比变化以及细颗粒流失情况

4.3.4 土样的局部水力梯度以及局部渗透系数变化

4.4 本章小节

结论

参考文献

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 谭润锵

导师: 陈锐

关键词: 渗流侵蚀,电解质浓度,花岗岩残积土

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 哈尔滨工业大学

基金: 深圳市知识创新计划基础研究学科布局项目:“城市地面沉降和塌陷监测技术研究”(No. JCYJ20170811160740635)

分类号: TU43

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.006081

总页数: 85

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