水土作用機理的細：宏觀多尺度研究

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 土顆粒與水相互作用的研究現(xiàn)狀 2
1.3 土的飽和-非飽和滲透特性的研究現(xiàn)狀 4
1.3.1 飽和滲透系數(shù)函數(shù)構(gòu)建 4
1.3.2 非飽和滲透系數(shù)函數(shù)構(gòu)建 5
1.3.3 土的飽和-非飽和滲透各向異性表征 6
1.4 土持水特性的研究現(xiàn)狀 7
1.4.1 持水特性的模型描述及其在強度公式中的應(yīng)用 7
1.4.2 密度對持水特性的影響 9
1.4.3 持水特性的滯回現(xiàn)象描述 11
1.5 非飽和土的有效應(yīng)力傳遞機理研究現(xiàn)狀 11
1.6 本書的主要內(nèi)容 13
參考文獻 15
第2章 土顆粒間液橋毛細力的計算方法及其演化規(guī)律 23
2.1 粗顆粒間液橋的受力狀態(tài)與幾何參數(shù) 23
2.2 粗顆粒被液體完全浸潤時液橋毛細力的迭代算法 25
2.2.1 無量綱液橋體積*大值的計算 26
2.2.2 無量綱液橋體積*小值的計算 27
2.2.3 液橋表面無量綱半徑及其毛細力的計算 28
2.2.4 粗顆粒被液體完全浸潤時液橋毛細力的計算結(jié)果 29
2.2.5 割線迭代算法的驗證 31
2.3 粗顆粒被液體不完全浸潤時液橋毛細力的迭代算法 33
2.3.1 液橋控制方程組的重新整理 33
2.3.2 液橋控制方程組的牛頓迭代算法 34
2.4 聯(lián)合迭代算法對液橋毛細力影響因素的分析及驗證 35
2.4.1 固-液接觸角和顆粒間距的影響 35
2.4.2 固-液接觸角和液橋體積的影響 36
2.4.3 固-液接觸角和顆粒半徑比的影響 36
2.4.4 聯(lián)合迭代算法的驗證 37
2.5 黏土顆粒間液橋的毛細力及其幾何參數(shù) 38
2.6 黏土顆粒間液橋從形成至斷裂過程的分區(qū) 41
2.7 黏土顆粒間液橋形成時毛細力的演化規(guī)律 43
2.8 本章小結(jié) 44
參考文獻 45
第3章 孔徑分布與孔隙結(jié)構(gòu)對土持水特性的影響 47
3.1 壓實黏土的持水特性及其孔徑分布的模型描述 47
3.1.1 累積函數(shù)、孔徑分布、孔徑密度函數(shù)與典型持水曲線 47
3.1.2 雙孔結(jié)構(gòu)的孔徑分布及其持水曲線 50
3.1.3 持水曲線模型及對應(yīng)的孔徑密度函數(shù) 52
3.1.4 孔徑密度函數(shù)公式的標定 54
3.1.5 基于持水曲線模型描述壓實至不同孔隙比的黏土減濕持水特性 57
3.2 孔隙結(jié)構(gòu)對土滯回持水特性的影響 59
3.2.1 對MX-80斑脫土持水試驗結(jié)果的分析 60
3.2.2 考慮孔隙比與孔隙結(jié)構(gòu)影響的滯回持水曲線模型構(gòu)建 63
3.2.3 滯回持水曲線模型的驗證 65
3.3 本章小結(jié) 68
參考文獻 69
第4章 孔隙各向異性及其變截面特征對土滲透及持水特性的影響 70
4.1 利用孔隙連通-迂曲參數(shù)表征非飽和滲透各向異性系數(shù) 70
4.1.1 非飽和滲透系數(shù)函數(shù)及其各向異性系數(shù)表達式 70
4.1.2 土的非飽和滲透各向異性類型 72
4.1.3 各向異性系數(shù)表達式的驗證 73
4.2 基質(zhì)吸力對滲透各向異性的影響 74
4.2.1 非飽和滲透試驗結(jié)果 74
4.2.2 非飽和滲透系數(shù)與基質(zhì)吸力的關(guān)系描述 77
4.2.3 基質(zhì)吸力對非飽和滲透各向異性影響的定量描述 78
4.3 變截面孔隙模型對滲透系數(shù)函數(shù)與持水曲線的預(yù)測方法 79
4.3.1 水分在變截面孔隙內(nèi)的分布及流動特征 79
4.3.2 由單個孔隙尺度向表征體元尺度過渡的土滲透特性描述 81
4.3.3 對持水曲線的預(yù)測 83
4.3.4 對相對滲透系數(shù)函數(shù)的預(yù)測 84
4.4 滲透系數(shù)函數(shù)及持水曲線的理論表達式驗證 85
4.4.1 對已有文獻中4種砂巖的飽和滲透率預(yù)測 85
4.4.2 對已有文獻中8種土的相對滲透系數(shù)預(yù)測 89
4.4.3 對3種土的滯回持水曲線預(yù)測 93
4.4.4 關(guān)于模型參數(shù)確定方法的討論 95
4.5 本章小結(jié) 96
參考文獻 97
第5章 基于土顆粒級配參數(shù)描述水力及非飽和強度特性的物理-統(tǒng)計方法 99
5.1 基于土顆粒級配參數(shù)預(yù)測飽和滲透系數(shù)的量綱分析表達式 100
5.1.1 土顆粒級配與飽和滲透系數(shù)關(guān)系的量綱分析 100
5.1.2 飽和滲透系數(shù)量綱分析表達式的驗證 104
5.2 持水曲線、非飽和強度與顆粒級配曲線之間的一般關(guān)系 110
5.2.1 描述持水曲線的VG模型 110
5.2.2 持水曲線與非飽和強度的一般關(guān)系 110
5.2.3 基于VG模型的土壤轉(zhuǎn)換函數(shù)簡介 111
5.3 基于顆粒級配參數(shù)預(yù)測持水曲線的土壤轉(zhuǎn)換函數(shù) 113
5.3.1 基于量綱分析法描述顆粒級配參數(shù)與持水曲線的關(guān)系 113
5.3.2 砂土持水曲線的補充試驗 115
5.3.3 基于UNSODA數(shù)據(jù)庫與持水試驗結(jié)果構(gòu)建土壤轉(zhuǎn)換函數(shù) 117
5.3.4 土壤轉(zhuǎn)換函數(shù)的驗證 119
5.4 基于土壤轉(zhuǎn)換函數(shù)描述顆粒級配分布對土的非飽和強度特性影響 125
5.4.1 顆粒級配分布對毛細黏聚力的影響 125
5.4.2 顆粒級配分布對抗拉強度的影響 130
5.5 基于土顆粒級配預(yù)測非飽和滲透系數(shù)函數(shù)的物理方法計算思路 131
5.5.1 土孔隙半徑的計算 131
5.5.2 理想圓柱形孔隙內(nèi)水分流量的計算 135
5.5.3 天然孔隙內(nèi)水分流量及非飽和滲透系數(shù)計算 137
5.5.4 基于持水實測數(shù)據(jù)驗證土孔隙半徑的計算方法 138
5.6 非飽和滲透系數(shù)函數(shù)預(yù)測及驗證 141
5.6.1 物理方法對非飽和滲透系數(shù)預(yù)測的計算步驟 141
5.6.2 土樣非飽和滲透系數(shù)與體積含水率關(guān)系驗證 142
5.6.3 物理方法對非飽和滲透系數(shù)預(yù)測結(jié)果的討論 145
5.7 本章小結(jié) 148
參考文獻 149
第6章 基于細觀水土作用模型分析土顆粒間接觸力的傳遞機理 153
6.1 表征土顆粒間法向接觸力的物理模型 153
6.1.1 顆粒間毛細水的形態(tài)和受力 153
6.1.2 表征有效應(yīng)力的物理模型 155
6.1.3 三種典型排列的顆粒集合體的表征 156
6.2 表征顆粒間切向接觸力的物理模型 161
6.2.1 不考慮顆粒轉(zhuǎn)動時物理模型的推導(dǎo) 161
6.2.2 顆粒繞接觸點轉(zhuǎn)動時物理模型的推導(dǎo) 163
6.2.3 模型的計算結(jié)果 164
6.3 本章小結(jié) 165
參考文獻 166
第7章 基于宏觀水土作用模型表征干密度對持水曲線的影響 167
7.1 不同干密度土樣持水曲線的兩種預(yù)測方法 167
7.1.1 理論假設(shè) 167
7.1.2 兩種預(yù)測方法的計算思路 169
7.2 兩種預(yù)測方法的參數(shù)標定與驗證 172
7.2.1 預(yù)測方法的參數(shù)標定與驗證思路 174
7.2.2 新方法與已有預(yù)測方法的對比分析思路 175
7.2.3 新方法的參數(shù)標定結(jié)果 177
7.2.4 方法1和方法2對不同干密度土樣持水曲線的預(yù)測結(jié)果分析 178
7.2.5 基于Brooks-Corey模型的預(yù)測結(jié)果分析 185
7.3 本章小結(jié) 192
參考文獻 192