岩土力学 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (2): 353-363.doi: 10.16285/j.rsm.2023.0307

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

单、双孔隙结构非饱和黏土孔隙分布变化规律试验研究

张思奇1, 2,裴华富1,谭道远3,朱鸿鹄3   

  1. 1. 大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁 大连 116024; 2. 香港理工大学 土木与环境工程学系,香港;3. 南京大学 地球科学与工程学院,江苏 南京 210023
  • 收稿日期:2023-03-13 接受日期:2023-05-04 出版日期:2024-02-11 发布日期:2024-02-06
  • 通讯作者: 裴华富,男,1983年生,博士,教授,主要从事岩土工程方面的教学与科研工作。E-mail: huafupei@dlut.edu.cn
  • 作者简介:张思奇,男,1993年生,博士,博士后,主要从事非饱和土力学与微观土力学等方面的研究。siqi9315.zhang@polyu.edu.hk
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No. 52122805,No.52078103)

Experimental study on the variation pattern of pore size distributions for unsaturated clay with single or double pore structure

ZHANG Si-qi1, 2, PEI Hua-fu1, TAN Dao-yuan3, ZHU Hong-hu3   

  1. 1. State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering, Dalian University of Technology, Dalian, Liaoning 116024, China; 2. Department of Civil and Environmental Engineering, The Hong Kong Polytechnic University, Hong Kong, China; 3. School of Earth Sciences and Engineering, Nanjing University, Nanjing, Jiangsu 210023, China
  • Received:2023-03-13 Accepted:2023-05-04 Online:2024-02-11 Published:2024-02-06
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (52122805,52078103).

摘要: 由于孔隙分布曲线的复杂性,在非饱和过程中黏土的孔隙结构变化规律尚不明晰,这导致基于孔隙分布模型计算土-水特征曲线存在较大的误差。针对这一问题,基于干缩试验与压汞试验,对单孔与双孔结构重塑黏土在脱湿过程中孔隙分布曲线的变化规律进行了定量分析。研究表明:在脱湿过程中孔隙分布曲线存在平移、缩放等变换。构建了t分布和双t分布函数,提取了孔隙分布曲线的自由度、峰值、峰值对应的孔隙直径作为特征参数来表征孔隙分布变化规律,发现了特征参数和土样孔隙比之间存在较好的线性关系。基于试验结果,建立了含水率-孔隙比-孔隙分布曲线关系,提出了一个考虑孔隙结构变化的重塑黏土土-水特征曲线计算框架。最后,与试验测得的土-水特征曲线进行比较,验证了所提出的计算方法的准确性。

关键词: 黏土, 非饱和土, 孔隙分布曲线, 压汞试验, 土-水特征曲线, 干缩试验

Abstract: Due to the complexity of the pore size distribution (PSD), the variation pattern of the pore structure for clay during the drying process is not clear, which leads to an inaccurate calculation of the soil-water characteristic curve (SWCC) based on the pore distribution model. To address this issue, a study was conducted to quantitatively analyze the PSD of remodeled clay with the single or double pore structure during the drying process based on the shrinkage test and mercury intrusion porosimetry test. The results revealed that there were translational and scaling transformations of the PSDs during the drying process. The t-distribution and double t-distribution functions were proposed to describe the PSDs of clay. The degrees of freedom, the peaks and the pore diameters corresponding to the PSD peaks were extracted as characteristic parameters to characterize the variation of PSDs. Good linear relationships between the characteristic parameters and the void ratio of remodeled clay were observed. Based on these findings, the relationship of water content-void ratio-pore size distribution was further established, and a framework for calculating the SWCC of remolded clay considering the variation of pore structure was proposed. Finally, the accuracy of the proposed calculation method was verified by comparing with the experimentally measured SWCC.

Key words: clay, unsaturated soil, pore size distribution, mercury intrusion porosimetry test, soil-water characteristic curve, shrinkage test

中图分类号: 

  • TU 442
[1] 马田田, 于海文, 韦昌富, 伊盼盼, 姚传芹, . 物理化学效应对膨胀土收缩特性的影响机制[J]. 岩土力学, 2024, 45(3): 697-704.
[2] 周恩全, 白宇航, 姚缘, 王龙, 陆建飞, . 橡胶混合黏土小应变剪切模量特性试验研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(3): 705-713.
[3] 王震, 朱珍德, 胡家豪, 周子玉, . 单向冻结粉质黏土已冻区分凝冰分布规律试验研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(2): 407-416.
[4] 陈朝晖, 牛萌萌, 罗 琳, 黄凯华, 唐 冲. 基于304dB的北欧海相黏土参数空间非均匀变异性研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(2): 525-538.
[5] 雷华阳, 薄钰, 马长远, 王磊, 章纬地, . 多因素影响下黏土比热容变化规律及预测模型[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 1-11.
[6] 张达锦, 肖桂元, 武岳, 徐光黎, 刘伟, . 重金属Cu2+驱动下红黏土土体压缩变形机制[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 127-133.
[7] 赵盛男, 霍玉龙, 汤斌. 湛江组结构性黏土触变性正交试验及其触变强度预测模型[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 197-205.
[8] 张锋, 唐康为, 尹思琪, 冯德成, 陈志国, . 冻融粉质黏土的剪切波速与动态回弹模量及其转换关系[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 221-233.
[9] 刘杰锋, 李飒, 段贵娟, 王奕霖, . 稳态剪切条件下中国南海软黏土的相态转变特性及流变模型[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 341-349.
[10] 邵帅, 邵生俊, 高梦洁, 刘小康, 王立新, 严广艺, . 水-力耦合非饱和黄土的弹塑性模型适用性研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 436-442.
[11] 王宽君, 沈侃敏, 汪明元, 王洪羽, 国振, . 基于孔压静力触探的杭州湾海域软黏土强度解译参数研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 521-532.
[12] 周凤玺, 姚桃岐, 柳鸿博, . 非饱和土中Rayleigh波传播的能量特性研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 612-622.
[13] 张俊然, 宋陈雨, 姜彤, 王俪锦, 赵金玓, 熊潭清. 非饱和黄土高吸力下的水力力学特性及微观结构分析[J]. 岩土力学, 2023, 44(8): 2229-2237.
[14] 朱克文, 俞剑, 黄茂松, . 饱和黏土中抗拔桩上限承载力分析及土塞效应[J]. 岩土力学, 2023, 44(7): 1995-2004.
[15] 李超, 莫品强, 李树忱, . 基于能量理论的球孔扩张大变形分析[J]. 岩土力学, 2023, 44(7): 2017-2027.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 姚仰平,侯 伟. 土的基本力学特性及其弹塑性描述[J]. , 2009, 30(10): 2881 -2902 .
[2] 徐金明,羌培,张鹏飞. 粉质黏土图像的纹理特征分析[J]. , 2009, 30(10): 2903 -2907 .
[3] 向天兵,冯夏庭,陈炳瑞,江 权,张传庆. 三向应力状态下单结构面岩石试样破坏机制与真三轴试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2908 -2916 .
[4] 石玉玲,门玉明,彭建兵,黄强兵,刘洪佳. 地裂缝对不同结构形式桥梁桥面的破坏试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2917 -2922 .
[5] 夏栋舟,何益斌,刘建华. 土-结构动力相互作用体系阻尼及地震反应分析[J]. , 2009, 30(10): 2923 -2928 .
[6] 徐速超,冯夏庭,陈炳瑞. 矽卡岩单轴循环加卸载试验及声发射特性研究[J]. , 2009, 30(10): 2929 -2934 .
[7] 张力霆,齐清兰,魏静,霍倩,周国斌. 淤填黏土固结过程中孔隙比的变化规律[J]. , 2009, 30(10): 2935 -2939 .
[8] 张其一. 复合加载模式下地基失效机制研究[J]. , 2009, 30(10): 2940 -2944 .
[9] 易 俊,姜永东,鲜学福,罗 云,张 瑜. 声场促进煤层气渗流的应力-温度-渗流压力场的流固动态耦合模型[J]. , 2009, 30(10): 2945 -2949 .
[10] 陶干强,杨仕教,任凤玉. 崩落矿岩散粒体流动性能试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2950 -2954 .