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陕西渭北黄土孔喉及水膜流动特性研究

明心凯  
【摘要】:研究黄土深层渗透机理是评价大厚度黄土的湿陷深度以及进行黄土地基设计和处理的基础和理论来源。当含水量很小时,土中水主要以薄膜水进行迁移。深层黄土渗透机理是进一步研究大厚度黄土湿陷问题的基础,对深层黄土渗透机理的研究有助于阐释黄土湿陷过程中存在的渗透现象,有助于探求水分子在深层黄土渗透中的运动过程,以及大厚度湿陷性黄土湿陷变形机理,发展地基处理方法,最终确定黄土渗流的临界浸润面具有十分重要的理论及实用价值。为了更好的解释黄土渗透机理、研究非饱和黄土孔喉及水膜移动特征,通过水膜理论及压汞试验、低温氮吸附试验、核磁共振试验等试验对陕西渭北黄土展开研究,并取得以下成果:(1)通过进汞饱和度与可动流体的饱和度计算分析,得出黄土孔隙水流动孔喉半径下限为0.6μm,即孔喉半径小于0.6μm,孔隙水为结合水,不能自由流动,反之孔喉半径大于0.6μm,孔隙水为自由水,可以自由流动;黄土中的微孔半径小于0.6μm,因此微孔内的水是结合水,不能自由流动。(2)在天然状态下,黄土孔隙主要分布在孔径范围为0.02μm~10μm;黄土的大、中孔隙影响其湿陷性,由于黄土中大孔隙含量很少,故黄土的湿陷主要与其中孔隙含量有关。(3)试验场地的Q_3黄土孔隙变化主要表现为大孔隙、中孔隙、小孔隙的变化,在3m~5m范围内,由于受雨水及农田灌溉的影响、部分可溶性物质被溶解等原因,大孔隙含量增加,中、小孔隙含量减小;5m~11m范围内,随着深度的增加,大、中孔隙含量减小,小孔隙含量增多。(4)在深层黄土渗透中,水分主要以水膜的形式进行渗透,水膜厚度影响其渗透性。通过试验分析发现,土颗粒表面的水膜厚度随着地层深度增加而减小。(5)地层压力与水膜厚度有着非常好的线性关系,根据地层压力与水膜厚度的统计关系可预测地层压力,为地层压力计算提供了一种新方法。


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