基于有效孔隙比的粘土滲流固結(jié)及水土壓力綜合算法的研究.pdf

1、粘土由于其獨(dú)特的微細(xì)觀結(jié)構(gòu)，決定了它的滲流、固結(jié)、水土壓力分算合算與“眾土”不同。目前對(duì)粘土結(jié)合水的研究大多基于溶液（懸浮液）中的土顆粒-水-電解質(zhì)體系。從多孔介質(zhì)固體力學(xué)的角度進(jìn)行孔隙水的水——土相互作用研究，對(duì)于地基基礎(chǔ)工程、地下工程、土石壩工程等有著重要的意義，但相關(guān)的研究尚未見到。
　　本文基于粘土的結(jié)合水膜占據(jù)的無(wú)效孔隙比對(duì)滲透系數(shù)的影響，展開了對(duì)其滲流與固結(jié)、水土壓力分算與合算的研究，力求實(shí)現(xiàn)從粘土宏觀參數(shù)（液限、起始

2、水力坡降）推求微觀指標(biāo)（結(jié)合水膜厚度、無(wú)效孔隙比、有效孔隙比），達(dá)到方便于工程實(shí)際應(yīng)用的目的。本文的研究取得了以下的成果:
　　(1)從微細(xì)觀結(jié)構(gòu)對(duì)粘土進(jìn)行了分析與研究。粘土具有特殊的微細(xì)觀結(jié)構(gòu)，如:特有的氫鍵、親水性的粘土礦物成分與化學(xué)成分、定向排列的扁平狀結(jié)構(gòu)、特殊的聯(lián)結(jié)方式、巨大的比表面積及帶電性、特別是顆粒表面水土相互作用形成的雙電層結(jié)構(gòu)、吸附的結(jié)合水膜、膜-水（自由水）之間的離子交換等。正是由于粘土顆粒極小的粒徑、巨大的

3、比表面積以及親水的礦物成分，在粘土顆粒表面吸附并形成沒有流動(dòng)性的結(jié)合水膜，占據(jù)土體的部分孔隙（即無(wú)效孔隙），使得土體能夠產(chǎn)生滲流的有效孔隙減小，對(duì)粘土的滲流固結(jié)等產(chǎn)生較大的影響。因此，研究粘土的滲流與固結(jié)，必須首先研究結(jié)合水膜厚度及其占據(jù)的無(wú)效孔隙比。
　　(2)從粘土的稠度界限指標(biāo)液限、粘土滲流的起始水力坡降、粘土雙電層理論的古依——查普曼公式三種方法出發(fā)，分別推導(dǎo)出了多孔介質(zhì)粘土結(jié)合水膜厚度及有效孔隙比的計(jì)算公式。
　　

4、(3)將上一章得到的粘土有效孔隙比公式引入砂土的滲透系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)其孔隙比進(jìn)行修正，得到了考慮無(wú)效孔隙比的粘土滲透系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式。當(dāng)不計(jì)粘土的無(wú)效孔隙比時(shí)，公式即成為砂土的滲透系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式，從而實(shí)現(xiàn)了砂土與粘土滲透系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式的統(tǒng)一。
　　(4)針對(duì)目前水土壓力分算合算統(tǒng)一算法中存在的不足，基于粘土的無(wú)效孔隙比，引入了新的參數(shù)，建立了粘土水土壓力綜合算法公式。新參數(shù)的物理意義明確且便于計(jì)算，公式不僅適用于粘土，也適用于粉土、砂土。