论文部分内容阅读
非饱和黄土大量存在于中国西北地区,基于黄土特殊的物理力学特性和在工程实际应用中的不可避免性,对非饱和黄土的研究是非常有必要的。本文取兰州非饱和黄土为研究对象,在夏秋季节开展非饱和黄土的室外蒸发试验。观察非饱和黄土温度场、水分场的变化,并与室外潜在蒸发强度作对比,分析影响非饱和黄土温度场、水分场各因素的敏感性。进行了室内土工试验、室外蒸发试验以及数值模拟的方法来实现研究目的。系统学习和总结了非饱和土和黄土的相关知识,为后续室外蒸发试验和数值模拟的开展提供理论准备和框架支撑。对土样进行基本的物理参数测定试验,包括最大干密度、最优含水率、液塑限等,对土体性质有一个基本的了解,为后续室外蒸发试验打好基础。设计了非饱和黄土室外蒸发试验。研究不同初始体积含水率和不同压实度非饱和黄土在不同蒸发时长作用下温度场、水分场的变化情况,得出以下几点结论:(1)随室外蒸发时长的增加,土体温度也会升高;在距离土表30cm范围内的土体,土体温度呈对号“√”分布,在距离土表5cm~10cm范围内的土体温度是相对最低的,距离土表30cm处的土体温度要高于土表土体温度。(2)当压实度相同时,初始体积含水率越大,土温越低。(3)当初始体积含水率相同时,压实度越小,土温越低。(4)影响土体含水率变化的因素中,压实度的影响没有初始体积含水率的影响大。(5)经过相同的蒸发时长,外界的蒸发环境并不会改变相同压实度不同初始体积含水率土体初始的含水率大小关系,初始体积含水率大的土体,经过蒸发后,其含水率仍比初始体积含水率小的土体要高;而当初始体积含水率相同时,压实度小的土体,含水率相对要高一些。运用COMSOL软件进行水-热-气三场耦合模拟大气作用下非饱和黄土路基水分场变化规律。得出结论如下:(1)路基受外界环境的影响,其温度和含水率的改变都是由表及里发生的。(2)在连续日照的情况下,路基整体的含水率会在降低到某一固定值而不再降低。(3)路基只有距土表一定范围内的土体温度能升高到与外界环境相同。(4)日照和降雨两个因素中,日照是影响路基温度场和水分场变化的主要因素。(5)降雨前的日照时长越长,路基越易被雨水浸湿。非饱和黄土在室外的蒸发过程想当复杂,受到多种因素的影响,本文只是选取了其中两个关于土体的内部因素进行探讨,并将大气环境的作用综合为潜在蒸发强度来考虑,而且所做的试件数量有限,再加上测量误差,因而还有许多不足。对于非饱和黄土蒸发规律的探索,仍然任重而道远。